ad27
default_setNet1_2

KIST·서울대학교, 저온형 3차원 SOFC로 기술상용화 초석 마련

기사승인 [1446호] 2020.07.20  23:11:28

공유
default_news_ad1

- 세라믹 마이크로미터 패터닝·박막 입체공정
전극저항 감소로 평면 대비 효율 50% 향상

[가스신문=최인영 기자] 3차원 구조를 갖는 SOFC(고체산화물연료전지)가 국내 연구진에 의해 개발되면서 세라믹을 전해질로 하는 연료전지의 상용화에 크게 기여할 것으로 예상된다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 김형철 박사팀은 서울대학교 최만수 교수팀과 공동연구를 통해 성능, 안정성, 양산성을 동시에 높인 3차원 마이크로 입체 구조의 SOFC를 개발했다고 지난 15일 밝혔다.

이번에 개발된 3차원 SOFC는 경계면의 면적을 넓혀 이온전달 성능은 높이면서도 전극반응 저항은 줄어들어 평면구조의 SOFC보다 성능을 50% 향상시켰다. 또 저온형 세라믹 연료전지 중에서 세계최고의 성능을 보유하고 있다. 16㎠ 이상의 대면적화 시연을 통해 작동온도 500℃ 이상의 성능을 기록했을뿐만 아니라 500시간 이상의 장기구동에도 성능 저하가 거의 없는 효율을 달성했다.

일반적인 SOFC는 750℃가 넘는 고온에서 작동되는 것으로 가정·건물용으로 많이 쓰이고 있다. 친환경 에너지원이자 분산형 전원으로 주목받고 있는 SOFC는 그러나 높은 작동온도가 기술 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다. 이를 해결하기 위해 SOFC의 작동온도를 600℃ 이하로 낮추는 저온화 연구를 전세계에서 수십년 간 지속해오고 있지만 고성능, 신뢰성, 양산성을 동시에 확보하지 못해 어려움을 겪고 있다.

이상적인 전기화학 소자의 형태로 알려진 3차원 구조는 전극과 전해질을 입체로 구현해 전극반응과 이온전달 성능을 높이는 개념이다. 하지만 단단하고 깨지기 쉬운 세라믹을 전해질로 하는 SOFC에 3차원 구조를 적용하는 것은 어려운 일이었다.

KIST와 서울대 공동연구팀은 고분자·세라믹 복합체로 이뤄진 음극기판에 마이크로미터 크기의 피라미드 모양을 새겨 넣어 3차원 구조의 세라믹 마이크로패터닝 공정을 개발했다. 여기에 후속공정인 박막공정을 거쳐 여러 층을 갖는 패터닝 작업에 성공, 3차원 입체 구조를 갖는 멀티스케일 SOFC를 최종 구현하는데 성공했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업, 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업으로 수행됐다. 연구 성과는 에너지·환경 분야 권위지로 불리는 ‘Energy & Environmental Science’에 온라인으로 게재됐다.

KIST 김형철 박사는 “저온형 SOFC의 마이크로 입체구조에 관한 연구 사례는 있었지만 성능, 안정성, 양산성, 대면적화에 이르는 모든 평가 지표들을 동시에 만족시킨 연구는 이번이 처음이다”며 “세라믹 마이크로패터닝 박막 공정 기술로 제작한 3차원 입체구조의 SOFC는 차세대 세라믹 연료전지 상용화를 위한 기술적 한계를 넘어선 혁신적 결과”라고 밝혔다.

   
▲ 고체산화물 연료전지의 세라믹 마이크로패터닝과 3차원 계면구조를 보여주는 일러스트

최인영 기자 dodam@gasnews.com

<저작권자 © 한국가스신문 무단전재 및 재배포금지>
default_news_ad4
default_side_ad1

인기기사

default_side_ad2

포토

1 2 3
set_P1
default_side_ad3

섹션별 인기기사 및 최근기사

default_setNet2
ad28
default_bottom
#top