분리판 제조 기술 및 셀 접합 기술 개선
열 충격·온도 변화에도 수소 누설 최소화
8kW 스택 개발, 제조 단가와 제조 시간↓
◆…한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 고체산화물수전해전지 스택. 사진=한국에너지기술연구원
유지행 한국에너지기술연구원 수소연구단 연구팀은 4일 차세대 수전해 기술로 주목받는 고체산화물수전해전지(SOEC) 스택 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.
고체산화물수전해전지는 고온의 수증기를 전기분해해 수소를 얻는 기술로 전력 소모가 25% 적어 원자력발전소, 제철소, 석유화학 플랜트 같은 많은 양의 수소가 필요한 곳에 쓰인다.
국제에너지기구(IEA)에 따르면 2030년까지 저탄소 수소 생산량은 3800만톤(t)을 기록할 것으로 추정된다. 이 중 수전해를 통한 수소 생산이 약 2700만톤에 달할 것으로 전망된다.
국내에서는 소수의 기업과 정부출연연구기관에서 개발하고 있으나 해외 선도 그룹과의 기술 격차가 커 기술 주권 확보를 위한 국산화가 절실한 상황이다.
연구팀이 개발한 고체산화물수전해전지 스택은 세라믹 셀, 분리판, 밀봉재를 층으로 쌓아 올린 형태다. 스택 용량을 높이면 수소 생산량은 늘어나지만 부품 비용이 증가해 제조 단가가 비싸진다.
연구팀은 먼저 분리판 제조 기술을 개선해 제조 단가를 낮추고 제조 시간도 단축했다.
분리판 상∙하면에 수소와 산소가 섞이지 않고 흐를 수 있도록 유로(流路)를 만드는데 도장처럼 찍어내는 프레스 성형 공법을 적용했다. 기존 공정은 하루에 분리판 100개를 만드는 것이 최대인 반면 프레스 성형 공법을 이용하면 하루에 1000개 이상 만들 수 있어 제조 단가와 시간을 모두 개선할 수 있다.
또 스택에 공급된 전력이 손실 없이 사용되도록 셀, 분리판과의 접촉면적을 최대화 해 각 셀이 균일하고 극대화된 성능을 발휘할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 구성된 스택은 열 충격이나 급격한 온도 변화에도 수소의 누설을 최소화할 수 있어 안정적인 성능을 나타냈다.
이에 따라 SOEC 스택 용량도 단일스택 기준 8킬로와트(㎾)로 하루 5.7㎏ 수소 생산이 가능해졌다. 이는 국내에서 개발된 고체산화물수전해전지 중 가장 뛰어난 성능이다.
연구책임자인 유지행 박사는 "국산 소재와 부품기술을 활용한 고효율의 스택은 기술 자립과 경쟁력을 높이는 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.
