수소이용률 100% 밀폐형 연료전지 개발

[이투뉴스] 재료연구소 융합공정연구본부는 수소연료 이용률이 100%인 1kW급 밀폐형 연료전지 스택과 시스템을 개발했다고 22일 밝혔다.

양철남 선임연구원이 개발한 밀폐형 연료전지는 수소를 완전히 소모하는 시스템으로 상단 제어장치, 중간 연료전지 모듈, 하단 열관리 모듈로 구성됐다.

핵심부품인 스택과 이를 운영할 수 있는 주변장치까지 모두 통합·운용할 수 있다.

이 밀폐형 연료전지 시스템은 물 순환이 가능하다.

우선 태양전지에서 발생된 전기에너지를 이용해 수전해장치에서 물을 분해하고 수소와 산소를 연료전지 시스템으로 공급한다.

이후 밀폐형 연료전지 시스템에서는 수소와 산소를 전기화학 반응시켜 전기와 열에너지를 발생시키고 물을 얻는다. 여기서 발생한 물을 다시 수전해장치로 보내면서 물이 순환되는 원리다.

시스템의 초기 기동은 외부의 전원 공급장치 없이 자체 내장된 축전지를 통해 구동시켜 독립적으로 시동할 수 있다.

이후에는 연료전지 스택에서 발생된 전기를 이용해 보조전력변환장치로 축전지 충전 및 연료전지시스템 자체의 기생전력을 공급한다. 이와 동시에 외부로 1kW의 전기를 공급할 수 있다.

또 연료전지 시스템에서 발생하는 열도 외부의 열교환기와 열을 교환하면서 난방 보조의 기능을 갖춰 전기와 열을 동시에 사용할 수 있다.

양 연구원에 따르면 기존의 연료전지 시스템은 수소가 완전히 이용되지 못해 적은양의 미반응 수소가스가 방출되면서 에너지효율이 떨어진다는 단점이 있다.

그러나 밀폐형 연료전지는 수소를 시스템 내부에서 완전히 소모해 미반응가스를 외부로 배출시키지 않아 연료 이용률을 높였다.

특히 일반 연료전지 시스템을 환기가 잘 되지 않는 곳에서 사용할 경우 시스템 외부로 미반응 수소가스를 배출시키면서 발생할 수 있는 안전성 문제도 극복했다.

지하 주차장 등 환기가 열악한 공간과 특수목적 분야인 무인 잠수정, 연료전지추진 잠수함 등에도 적용할 수 있다.

양 연구원은 "일반 연료전지는 미반응가스인 수소가 1~2% 외부로 배출되기 때문에 환기가 어려운 곳에서는 시스템 내부에서 미반응가스를 처리할 수 있는 기술이 요구된다"며 "미반응가스에 대한 규제나 기준치가 마련될 것으로 예측해 관련 기술 개발에 몰두하고 있다"고 말했다.

양 연구원은 이와 더불어 스택 구성에 필요한 분리판의 설계 및 가공, 막전극 접합체의 제조, 체결 과정 등을 시험 평가해 수소·산소를 이용하는 밀폐형 1kW 연료전지 시스템에 적합한 스택을 제조했다.

특히 스택의 효율을 높이기 위해 막전극 접합체 제조기술 및 균일한 셀 성능을 얻을 수 있는 셀 스택 조립 기술을 확립했다.

양 연구원은 이번 기술과 관련해 2건의 국내 특허등록 및 PCT를 출원하고 1건의 특허를 출원한 상태다.

전빛이라 기자 jb1021@e2news.com