한국전자기술연구원(KETI) 연구진이 청정에너지로 주목받는 '그린수소'를 기존보다 훨씬 높은 효율로 생산할 수 있는 차세대 부품 '다공성 확산체'를 개발했다. 수전해 효율을 기존 대비 최대 59%까지 높일 수 있는 데다, 상용화 가능한 대면적화 기술까지 확보해 주목된다.
KETI는 그린수소 생산 핵심 부품인 '니켈(Ni) 기반 차세대 다공성 확산체'를 개발하고, 이를 1500㎠ 이상으로 대형화하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.
개발된 부품은 알칼라인 환경에서 구동하는 알칼라인 수전해(AWE) 및 음이온교환막(AEM) 수전해용 다공성 확산체다.
수전해 기술은 전기를 이용해 물을 분해해 수소를 생산하는 기술이다. 재생에너지와 연계하면 생산 과정에서 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있어 그린수소 핵심 기술로 주목받고 있다.
다공성 확산체는 촉매, 분리막 및 분리판과 함께 그린수소를 생산하는 수전해의 핵심 부품 중 하나다.
KETI 신재생에너지연구센터 연구진은 니켈 파우더를 소결해 제작하는 파우더 소결법을 이용해 기공 크기가 10-20㎛인 다공성 확산체를 구현했다.
기존 수전해에는 400~500마이크로미터(㎛) 기공 크기의 스펀지 구조 니켈 폼이 주로 사용돼 수전해 이론적인 최적 기공거리인 10~20㎛에 못 미쳤다.
이번에 개발된 다공성 확산체는 생성된 수소 및 산소 기체를 원활히 배출할 뿐만 아니라, 작은 기공으로 강화된 모세관 현상을 통해 기포가 빠져나간 공간에 물을 빠르게 채워 넣게 돼 높은 수전해 효율을 나타냈다.
여기에 전극과 분리막 사이 간격을 최소화해 저항을 줄이고 반응 효율을 극대화하는 제로갭 구조로 수전해 셀을 제작해 성능을 높였다. 그 결과 실험실 기준 기공률 95% 및 98%의 니켈 폼 대비 성능이 약 24%, 59%가 높게 구현된 것으로 나타났다.
KETI는 상용화 핵심 조건으로 꼽히는 1500㎠ 이상 대면적화도 성공했다. 국내 다공성 확산체 분야 최대 제조사인 엘티메탈과 공동연구를 통해 처음부터 상용화까지 염두에 두고 개발을 진행해왔다.
임현수 KETI 신재생에너지연구센터장은 “시장이 열리면 바로 제품화가 이뤄지도록 가격 저감 기술 및 제품 신뢰성을 확보해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단 그린수소기술자립프로젝트의 지원으로 수행됐다.
김영호 기자 lloydmind@etnews.com
