한국공학대학교가 하나의 장치에서 수소 생산과 전력 생산을 모두 수행하는 음이온 교환막 일체형 재생 연료전지(AEM-URFC)의 성능을 높이는 이중 수송층 구조를 개발했다.
한국공학대는 박지은 융합기술에너지대학원 교수 연구팀이 탄소 기반 수송층과 스테인리스 기반 수송층을 결합한 '이중 다공성 수송층' 구조를 개발했다고 12일 밝혔다.
AEM-URFC는 전력이 남을 때 물을 분해해 수소를 만들고, 전력이 필요할 때 저장된 수소로 전기를 생산하는 에너지 저장·변환 장치다. 수전해 장치와 연료전지를 따로 설치하지 않아도 돼 공간과 시스템 구축 비용을 줄일 수 있다.
기존 AEM-URFC는 수소 생산에 쓰이는 수전해 모드와 전기 생산에 쓰이는 연료전지 모드에서 요구되는 소재 특성이 달라 효율과 내구성을 함께 확보하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 연료전지 운전에 적합한 탄소 기반 수송층을 내부에 배치하고, 수전해 과정에 유리한 스테인리스 기반 수송층을 외부에 배치했다. 두 작동 조건에 필요한 소재 특성을 한 구조 안에 나눠 적용한 방식이다.
실험 결과 이중 수송층 구조는 기존 티타늄 기반 수송층보다 높은 성능과 내구성을 보였다. 왕복 효율은 20m암페어퍼제곱센티미터(A/㎠) 조건에서 63.4%를 기록했다. 연구팀은 현재까지 보고된 AEM-URFC 연구 가운데 최고 수준이라고 설명했다.
고출력 운전 성능도 확인됐다. 개발 구조는 1200mA/㎠의 초고전류밀도 조건에서도 안정적으로 구동됐고, 반복 구동 시험에서도 성능 저하를 줄인 것으로 나타났다.
이번 연구에는 기민석 한국공학대 석사과정생과 이경아 서울대 박사가 공동 제1저자로 참여했다.
박지은 교수는 “이번 연구를 통해 고효율 음이온 교환막 일체형 재생 연료전지의 상용화 가능성을 확인했다”며 “수소 생산과 전력 공급이 동시에 필요한 선박, 우주, 항공 분야 등 다양한 산업에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 'Journal of Power Sources'에 오는 8월1일 게재될 예정이다.
시흥=김동성 기자 estar@etnews.com
