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상용화 한 걸음 다가선 친환경 수소 연료전지 개발

2018.08.28 과학기술정보통신부

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상용화 한 걸음 다가선 친환경 수소 연료전지 개발
-획기적인 공정설계로 연료전지의 경제성·대면적화·고성능화 동시 달성 -

□ 한국과학기술연구원(원장 이병권, 이하 ‘KIST’) 고온에너지재료연구 센터 이종호, 지호일 박사팀이 한양대학교(총장 이영무) 신동욱 교수팀과의 협업을 통해 상용화가 가능한 수준의 고성능 대면적 프로톤 세라믹 연료전지(protonic ceramic fuel cell, PCFC)를 개발했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

ㅇ 연구성과는 에너지 기술 분야의 국제 학술지 ‘Nature energy’(IF:46.859, JCR 분야상위:0.515%) 8월 28일자 온라인 판에 게재되었다.

※ 논문명 : A 5x5cm² protonic ceramic fuel cell with a power density of 1.3Wcm^-2 at 600^oC

※ 저자정보: 이종호(KIST, 교신저자), 지호일(KIST, 교신저자), 신동욱(한양대학교, 교신저자), 안혁순(KIST, 한양대학교, 제1저자) 포함 총 9명

□ 연료전지는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치로, 오염물질 배출 없이 높은 발전효율을 갖는 미래 에너지 소자이다.

ㅇ 특히, 세라믹 연료전지는 귀금속 촉매가 사용되지 않음에도 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 다양한 연료사용이 가능하여 전 세계적으로 주목받고 있으며,
ㅇ 그 중에서도 가장 가벼운 이온인 프로톤(수소 이온)을 전도하는 세라믹 전해질로 구성된 프로톤 세라믹 연료전지는 이론적으로 중저온영역에서 기존 세라믹 연료전지 전해질보다 100배 이상 높은 전기 전도도를 갖기 때문에 차세대 연료전지로 주목받고 있다.

ㅇ 그러나, 박막 전해질-전극 접합체 제작이 매우 어렵고 고온 공정 중 열화로 인해 급격한 물성저하가 발생하기 때문에 상용화 가능성이 요원했다.

□ 이종호, 지호일 박사팀(KIST)은 신동욱 교수팀(한양대학교)과의 협업을 통해 프로톤 세라믹 연료전지의 성능을 극대화하는 동시에 상용화가 가능한 수준의 대면적 전지를 제조할 수 있는 공정기술 개발을 추진하였다.

ㅇ 이 과정에서 전해질-전극 접합체 구조의 열처리 과정 중 전해질이 치밀해지는 원리를 세계 최초로 체계화하였고, 이를 응용하여 공정 온도를 획기적으로 낮출 수 있었다.

□ 또한, 연구진은 추후 상용화를 고려하여 실제 양산공정에 쓰이는 대면적 스크린 인쇄법과 단시간 저온 열처리가 가능한 마이크로파 공정을 활용함으로써 경제성을 확보하였다.

ㅇ 5μm(마이크로미터, 십 만분의 1cm) 두께의 전해질로 구성된 5x5cm²크기의 대면적 프로톤 세라믹 연료전지는 기존 결과에 비해 10배 이상의 높은 출력을 나타냈으며,

ㅇ 실제 연료전지 사용 환경과 유사한 측정 시스템에서 세계 최고 수준의 출력성능을 검증하였기에 그간 요원하게만 느껴졌던 프로톤 세라믹 연료전지의 상용화 가능성을 보여주었다는 것이 괄목할 만한 성과로 인정받고 있다.
□ 이종호 박사는 “태양광․풍력 등 재생에너지 발전은 기상․기후의 가변성으로 전력 손실이 발생하게 되는데, 이번 연구결과를 연료전지의 확장 분야인 ‘에너지저장’에 적용하면 재생에너지의 활용도를 높이는데 획기적인 기여를 하게 될 것”이라고 밝혔다.

□ 이 연구는 과기정통부 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

“이 자료는 과학기술정보통신부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”

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