에너지기술연구원, 10kW급 알칼라인 수전해 스택 개발
1000시간 운전으로 내구성 검증…생산효율도 82% 달성
[이투뉴스] 국내 연구진이 기존 수전해 스택보다 성능과 내구성이 뛰어난 기술을 자체 개발했다. 이를 통해 해외 선진국에서 나오는 제품과 대등한 수준의 스택 생산이 가능해질 전망이다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남) 김창희 수소연구단장팀은 물을 전기분해해 최대 84%(HHV 기준)의 효율로 시간당 2N㎥의 그린수소를 생산할 수 있는 ‘10kW급 알칼라인 수전해 스택’을 자체 개발했다고 24일 밝혔다. 연구진은 이 스택을 1008시간 동안 운전하면서 82%의 수소 생산효율을 유지해 성능과 내구성을 검증하는데 성공했다.
수전해 스택은 공급된 물이 분해돼 실제로 수소가 생산되는 핵심장치다. 전극, 분리막, 분리판, 셀프레임 등 단위 부품을 필요 출력에 따라 여러 장 쌓아서 만든다.
독일, 일본, 미국 등은 20년 전부터 기술을 개발해 80% 내외의 효율로 수소 생산이 가능한 MW급 수전해 스택 및 소재·부품 기술을 보유하고 있다. 국내는 수전해산업 인프라 미비로 관련 소재·부품 원천기술 확보 상황이 열악하고, 수전해 스택의 수소 생산효율도 70% 이하에 그치고 있는 등 큰 기술 격차를 보이고 있다.
연구진은 소재 단위 스크리닝을 통해 우수 소재 후보군들을 선정, 소형 단위 셀에서 성능을 평가해 대면적 스택으로의 적용 가능성을 검증했다. 후보군들은 660㎠ 스케일업 및 20장씩 적층해 10kW급 수전해 스택을 제작했다.
수전해 스택의 음극, 양극에는 수소발생반응과 산소발생반응에 효과적인 니켈 알루미늄과 니켈 철 계열의 다공성 전극을 각각 제작해 적용했다. 수소와 산소의 이동통로인 분리판은 니켈을 도금해 접촉 저항을 줄이고 내부식성을 강화했다. 또 누설 전류를 줄이고 스택 내 전해질의 흐름을 원활하게 하는 유로 형상을 개발해 스택 내 셀 프레임에 적용했다.
이번 수전해 스택 개발은 순수 국내 기술로 핵심 소재 및 부품까지도 국산화해 이룬 성과다. 그린수소 중심의 에너지전환에 기여해 수소산업 생태계 조성과 확대에 미치는 파급 효과가 클 것으로 기대된다.
김창희 단장은 “개발에 성공한 수전해 스택은 100kW급까지 확장이 가능해 MW급 수전해 스택 개발을 위한 핵심기술로 활용이 가능하다“며 ”해외 기업에 시장이 잠식되지 않으려면 국내 수전해 기술의 조기 상용화가 필요하다“고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 일환으로 2015년부터 차세대 알칼라인 수전해 원천기술 확보를 목표로 진행됐다.
진경남 기자 jin07@e2news.com