국산부품으로 발전소 적용 1㎾급 연료전지 만들었다

에너지기술연구원, 건물·발전소 적용 가능한 스택기술 개발
공동연구 진행한 민간기업이 5년내 상용화 제품 내놓을 듯

분리판과 단전지 모듈을 층층이 쌓아 올려 구성한 1㎾급 고온연료전지 스택. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 건물이나 발전소에 적용할 수 있는 고효율 연료전지를 개발했다. 연구진은 연료전지에 들어가는 대부분의 소재를 국산품을 이용해 수입의존도까지 낮췄다.

한국에너지기술연구원 유지행 박사팀은 국내 최초로 브레이징 밀봉기술이 적용된 1㎾급 고온연료전지를 만드는데 성공했다고 27일 밝혔다. 유지행 박사는 "이 연료전지는 본격 상품화에 앞서 성능을 검증하고 개선하기 위한 프로토 타입으로 만들어 공동연구를 진행한 민간기업이 5년 이내에 상용화에 나설 계획"이라고 말했다.

연구진은 연료전지 40~50개를 연결하는 스택기술을 이용해 1㎾급으로 만들었다.

1개의 연료전지가 대략 20~50W의 전력을 생산해낸 셈이다.

연구진이 만든 연료전지 스택은 한국산업시험원에서 성능 시험을 거친 결과 수소연료를 사용해 1.1㎾ DC 출력(25A-44.5V)성능을 보였다. 연료이용율을 65%까지 높일때 약 45%의 전기효율이 나온 것이다. 이는 도시가스를 사용한 연료전지 시스템에 적용했을 경우 50% 이상의 전기효율을 얻을 수 있는 성능이라고 연구진은 설명했다.

이 연료전지의 특징은 도시가스를 이용한다는 점과 부품 대부분이 국산이라는 점이다.

먼저 기존에 나와있는 연료전지는 대부분이 수소를 직접 주입해야만이 연료전지가 작동한다. 반면 연구진이 개발한 연료전지는 도시가스를 주입하면 가스에서 수소로 전환, 전기화학반응을 일으켜 전기를 생산해 낸다.

수소를 주성분으로 하는 가스를 생산하고 연료전지 스택에 공급하는 연료개질기가 단순해 시스템 수명이 길고 복합발전이 가능하다는 장점이 있다. 유 박사는 "메탄이나 도시가스가 100% 수소로 전환되지 않더라도 600~1000℃ 정도의 고온에서 작동돼 전기를 생산해 낼 수 있다"고 말했다.

또 연료전지를 만드는 대부분의 핵심부품이 국산이다. 연구진이 개발한 1㎾급 스택은 케이세라셀과 공동개발한 국산 단전지, 포스코에서 개발한 국산 금속소재 기술을 이용해 ㈜동일브레이징의 금속접합기술로 제작됐다.

평판형 고온연료전지 스택은 전기화학반응을 일으키는 세라믹 단전지(음극지지체-전해질-양극으로 구성)와 분리판으로 구성돼 있다. 에너지기술연구원 제공

현재 국내 고온형 연료전지는 대부분이 해외 기업에서 수입해 오고 있다. 반면 이 연료전지는 국산 소재-부품기술을 적용해 스택을 개발했다.

연구진은 연료전지 소재·부품에 대한 대외 수입의존도를 낮추고 해외기업의 국내시장 진출을 견제할 수 있는 디딤돌이 될 것으로 기대하고 있다.

유지행 박사 "이번에 개발한 기술은 도시가스를 사용하는 고온형 연료전지의 핵심 부품으로서 시스템 가격의 30~40%를 차지하는 스택의 국산화와 가격경쟁력을 높이기 위한 혁신적 제조공법"이라고 말했다.

에너지기술연구원은 고온형 연료전지 스택기술을 특허출원을 완료했으며, 건물용 연료전지 시스템에 적용하기 위해 ㈜범한퓨얼셀 및 피엔피에너지텍과 공동연구를 진행하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자