KIST, 부탄연료 활용 연료전지 개발
KIST, 부탄연료 활용 연료전지 개발
  • 홍수인 기자
  • 승인 2020.04.02
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

전기차·로봇 등 응용범위 넓혀
손지원 KIST 박사팀의 연구원이 중저온에서 작동하는 고성능 세라믹 연료전지를 제작하고 있다.
손지원 KIST 박사팀의 연구원이 중저온에서 작동하는 고성능 세라믹 연료전지를 제작하고 있다.

[투데이에너지 홍수인 기자]휴대가 편리한 부탄연료를 사용할 수 있는 고성능 세라믹 연료전지를 개발돼 다양한 분야의  상용화 가능성이 높아졌다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 손지원 에너지소재연구단 박사팀이 600°C  이하의 중저온 영역에서 작동하는 고성능 박막기반 세라믹 연료전지 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구를 통해 고온의 작동조건 때문에 대형 발전용으로만 활용이 가능다고 알려진 세라믹 연료전지의 응용 범위가 전기차·로봇·드론 등 소형 이동수단으로도 확대될 것으로 예상된다.

고온형 연료전지인 세라믹 연료전지는 통상 800℃ 이상의 고온작동이 특징이다. 그렇기 때문에 저온형 연료전지인 고분자전해질 연료전지 등이 고가의 백금 촉매를 사용하는 것과 달리 니켈과 같은 값싼 촉매를 사용할 수 있다. 또한 고순도 수소 외에 LPG, LNG 등 다양한 연료를 쓸 수 있다는 게 장점이다.

하지만 고온작동에는 비싼 소재와 제조 기술이 필요해 고온작동의 특성상 시동·정지·재가동에 시간이 오래 걸려 대형 발전용 외의 응용 가능성이 낮았다.

또한 작동온도를 낮추면 다양한 연료를 사용할 수 있는 세라믹 연료전지의 장점이 사라지는 문제가 발생했다. 세라믹 연료전지의 니켈(Ni)촉매는 메탄, 프로판, 부탄 등 일반적인 탄화수소계 연료를 낮은 온도에서 사용 시 촉매의 성능이 기하급수적으로 떨어진다.

손지원 박사팀은 이런 문제를 전해질과 접하고 있는 연료극의 근접부위에 연료를 보다 손쉽게 변환할 수 있는 고성능의 2차 촉매를 박막공정으로 삽입하는 방법으로 해결했다.

기존 연료극 소재인 니켈·전해질 복합체 박막층과 2차 촉매 금속 박막층을 교차로 증착해 나노구조 특성은 그대로 유지하면서 2차 촉매가 균일하게 분포될 수 있도록 박막층의 두께와 층수를 최적화한 것이다.

연구팀은 시중에서 손쉽게 구할 수 있는 부탄연료를 사용해 중저온 작동온도 영역인 섭씨 500~600℃에서 새로 개발한 박막기반 세라믹 연료전지의 고성능 구동을 확인했다.
 
손지원 박사는 “이번 연구결과는 저온에서 작동하는 세라믹 연료전지의 다양한 연료사용 가능성을 체계적으로 심도 깊게 파헤친 것”이라며 “그간 발전용으로만 여겨진 세라믹 연료전지를 보다 더 낮은 온도에서도 휴대용 연료로 작동이 가능하도록 해 다양한 수송 및 이동용 연료전지로 응용할 가능성을 확인했다”라고 설명했다

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 미래원천 과제, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 기후변화대응사업으로 수행됐다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

해당 언어로 번역 중 입니다.