에기연, 브레이징 기술 적용해 연료전지효율·안정성 확보
[이투뉴스] 국내 연구진이 국내 최초로 브레이징 밀봉기술이 적용된 1kW급 고온연료전지 스택을 제작했다. 추후 상용화에 성공할 경우 고온형 연료전지시스템 가격의 30-40%를 차지하는 스택 국산화를 앞당길 수 있을 전망이다.
고체산화물 연료전지(SOFC)는 700℃ 이상 고온에서 작동된다. 도시가스를 사용하는 연료전지 중 가장 효율이 높고, 연료 개질기가 단순해 시스템 수명이 늘어나 복합발전이 가능하다는 장점이 있다.
수소와 산소가 분리돼 공급하는 과정에서 고온 밀봉기술이 필요하다. 기존에는 유리 밀봉재를 사용했지만 반복되는 가열-냉각조건에서 열충격으로 누설이 발생하는 문제가 있었다. 이번에 적용된 브레이징은 두 재료를 용융점이 낮은 합금을 사이에 놓고 가열해 접합하는 기술이다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 브레이징 기술을 적용해 유리밀봉재를 최소화한 스택모듈을 설계했다. 이를 통해 열충격이나 가열, 냉각 등의 반복운전에도 수소누설이 최소화돼 안정적인 출력성능을 보이는 스택제조기술을 개발했다.
에너지기술연구원은 단전지가 안착되는 셀프레임과 분리판 사이 수소가 쉽게 혼입될 수 있는 밀봉부위에 브레이징 기술을 적용했다. 이를 통해 반복된 운전조건에도 안정적인 성능을 보여주는 연료전지 스택을 만들 수 있게 된 것이다.
이번에 개발된 스택기술은 분리판 내부 모서리에 절연성 세라믹을 삽입해 양극과 연결된 분리판과 음극의 통전을 방지했다. 단위전지, 분리판, 집전체, 밀봉재를 일체화된 모듈로 구성했다.
개발된 분리판-단전지 모듈은 스택 적층에 앞서 밀봉부위의 모듈단위 누설을 확인할 수 있다. 모듈화된 부품 자동적층 공정도 적용해 생산속도와 가격경쟁력도 높였다.
이 1kW급 스택은 케이세라셀과 공동개발한 국산 단전지와 포스코에서 개발한 국산 금속소재 기술을 이용해 금속접합기술로 제작됐다. 에너지기술연구원은 개발한 국산 소재·부품기술로 연료전지 수입의존도를 낮추고 해외기업의 국내시장 진출을 견제할 수 있는 디딤돌이 될 것으로 기대하고 있다.
유지행 에너지기술연구원 책임연구원은 “이번 개발기술은 고온형 연료전지의 핵심 부품으로서 시스템가격의 30-40%를 차지하는 스택 국산화와 가격경쟁력을 높이기 위한 제조공법"이라며 "스택 원천기술 개발을 통해 실용화를 앞당기는 노력을 할 것"이라고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부의 소재부품기술개발사업 및 에너지기술개발사업의 일환으로 이뤄졌으며, 기술개발에 따른 특허출원도 완료됐다. 연구원은 개발기술을 건물용 연료전지시스템에 적용하기 위해 범한퓨얼셀, 피엔피에너지텍과 공동연구를 하고있다.
진경남 기자 jin07@e2news.com