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화학에너지를 전기에너지로, '연료전지' 미래에너지기술로 주목

KIST 이종호 박사, 대면적 프로톤 세라믹 연료전지 기술 개발

[산업일보]
지구온난화에 이어 미세먼지까지, 지구 환경과 인류의 건강한 삶을 위협하는 난제에 맞서 미래에너지기술 연구가 다각적으로 진행되고 있다. 특히 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치인 연료전지는 오염물질 배출이 없고 발전효율이 높아 친환경 신재생 에너지, 친환경 미래 자동차 구현을 가능케 하는 미래에너지기술로 주목받고 있다.

화학에너지를 전기에너지로, '연료전지' 미래에너지기술로 주목
기존 결과들 보다 10배 이상의 고출력 특성을 갖는 상용화 수준의 대면적 프로톤 세라믹 연료전지 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 이종호 박사가 상용화 가능한 세계 최고 수준의 대면적 고성능 프로톤 세라믹 연료전지(PCFC)를 개발하는데 성공했다.

세라믹 연료전지는 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 다른 연료전지보다 발전효율이 뛰어나다. 그 중에서 프로톤 세라믹 연료전지는 수소 이온을 전달하는 세라믹 전해질로 구성돼, 기존 세라믹 연료전지 전해질보다 이론적으로 100배 이상 전기전도율이 높은 차세대 연료전지로 주목받고 있다.

하지만 기존 세라믹 연료전지보다 복잡하고 까다로운 소재 물성으로 인해 박막 전해질-전극 접합체 제작이 매우 어렵고 고온 공정 중 급격한 물성 저하가 발생해, 오랜 연구개발에도 불구하고 상용화 가능성이 요원한 실정이었다. 이종호 박사는 프로톤 세라믹 연료전지의 전해질-전극 접합체 구조의 열처리 과정 중 전해질이 치밀해지는 원리를 세계 최초로 확립하고, 공정 온도를 획기적으로 낮췄다.

이를 통해 셀 구성 성분 간 수축률과 온도 차이를 최대한 낮춰 전해질의 결함을 최소화했다. 이로써 프로톤 세라믹 연료전지의 성능을 극대화하는 동시에 상용화 가능한 수준의 대면적(5×5㎠) 전지를 제조할 수 있는 공정 기술을 개발할 수 있었다.
이 과정에 스크린 인쇄법, 마이크로파 열처리 등 실제 양산공정에 활용되는 경제적인 공정이 적용됐다. 그럼에도 기존 연구 결과를 압도하는 10배 이상의 고출력 특성을 보였다. 또 저온 동시 열처리를 적용한 덕분에 전해질의 물성이 열화되지 않고, 우수한 전해질-연료극 접합 구조를 확보했다.

그동안 불가능하게 여겼던 프로톤 세라믹 연료전지의 상용화 가능성을 보여주었다는 점에서 괄목할 만한 성과로 인정받고 있다.

이종호 박사는 “저온 전해질-연료극 동시 제작 공정기술은 신규 소재에서도 적용될 수 있으며, 나아가 경제적인 공정으로 프로톤 세라믹 연료전지의 추가적인 대면적화 가능성을 입증했다”며 “프로톤 세라믹 연료전지의 상용화와 함께 재생에너지를 활용한 연료 생산 및 저장 분야로 확장할 수 있도록 후속 연구를 진행하겠다”라고 수상 소감을 밝혔다.

한편, 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이하 ‘연구재단’)은 이종호 박사의 공로를 인정, 과학기술인상 2월 수상자로 선정했다.
김예리 기자 yrkim@kidd.co.kr

해외 글로벌 기업들의 동향을 신속 정확하게 보도하겠습니다.

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