에너지연, 수소도 전기도 만드는 양방향 스택 핵심부품 개발

이번 연구를 통해 개발한 평관형 고체산화물 셀 제조 공정 및 제조된 셀 모습(에너지연 제공)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 한국에너지기술연구원 연구진이 물에서 수소를, 그리고 필요 시 이를 전기로 변환하는 양방향 고온수전해-연료전지 기술의 핵심 부품 기술을 개발했다.

연구진이 개발한 ‘평관형 셀’ 제조기술은 최근 ㈜에이프로에 기술이전 됐다.

24일 에너지연에 따르면 양방향 고온수전해-연료전지 기술은 하나의 장치 안에 Δ650~750도의 고온에서 수증기를 전기분해해 수소를 생산하는 수전해 Δ수소를 활용해 전기를 발생시키는 연료전지 기술이 공존하는 미래형 에너지저장 기술이다.

에너지연 서두원 책임기술원 연구진은 국내 최초로 100㎠ 활성면적의 대면적 평관형 고체산화물 셀 핵심 부품 기술을 개발했다.

연구진이 개발한 평관형 셀은 기존 평판형, 원통형 셀 각각의 장점인 고효율·고안정성을 담보하면서도 부피당 높은 출력밀도를 보였다.

또, 압출공정으로 제작돼 크기, 두께, 길이 등을 자유롭게 변형 가능하다.

여기에 납작한 튜브형상을 적용해 양 끝단을 밀폐시킨 후 수증기 이동을 위한 채널은 평관형 셀 위와 아래 면에 형성했다.

이와 같은 구조는 수증기와 산소의 접촉을 막아주는 밀봉부위를 줄일 수 있고, 셀을 가두는 금속 부품이 필요치 않다.

이에 소모되는 금속 부품은 1/2, 밀봉재는 1/10로 획기적으로 낮춰 스택 제조의 신뢰성과 경제성이 매우 뛰어난 기술이다.

또, 수직 적층으로 높은 스택 집적도 달성이 가능하며, 평관형 셀의 지지체 구조의 특성으로 기계적 강도가 우수해 특히 수전해 장기 안정성이 뛰어나다.

실제 연구진은 개발한 10개의 셀을 적층해 750도 작동온도에서 215W 출력 및 시간당 160L의 수소를 생산할 수 있는 고효율 셀-스택 기술을 실증 구현했다.

그 결과 해당 셀은 약 50%의 발전효율과 100%의 수전해 스택 효율을 보였다.

특히 타 알칼라인 또는 고분자전해질 방식의 저온수전해 방식에 비해 약 20% 이상 높은 효율이 입증됐다.

에너지연 김종남 원장은 “향후 탄소중립·국가에너지 자립을 실현할 수 있는 핵심 기술이 될 것”이라고 밝혔다.