KETI, 그린수소 생산 고효율 대면적 ‘다공성 확산체’ 개발

- 수전해 핵심부품 1500㎠ 이상 대면적화

- 그린수소 생산효율 최대 59% 향상

KETI 연구진이 그린수소 생산 성능 효율을 개선한 차세대 ‘다공성 확산체’를 소개하고 있다. (자료제공: KETI)

국내 연구진이 청정에너지로 주목받는 ‘그린수소’를 기존보다 최대 59%까지 높일 수 있는 차세대 부품 ‘다공성 확산체’를 개발했다. 대면적화 기술까지 확보해 상용화에 한 걸음 다가섰다.

한국전자기술연구원(KETI)은 신재생에너지연구센터(센터장 임현수) 연구진이 그린수소 생산 핵심 부품인 ‘니켈(Ni) 기반 차세대 다공성 확산체’를 개발하고, 이를 1500㎠ 이상으로 대형화하는 데 성공했다고 7월 15일 밝혔다.

개발된 부품은 알칼라인 환경에서 구동하는 알칼라인 수전해(AWE) 및 음이온교환막(AEM) 수전해용 다공성 확산체다.

다공성 확산체는 촉매, 분리막, 분리판과 함께 수전해 시스템의 핵심 부품이다. 수전해 과정에서 생성된 수소와 산소를 원활하게 배출하고 물을 전극으로 공급하는 역할을 담당한다.

수전해 기술은 전기를 이용해 물을 분해해 수소를 생산하는 기술이다. 재생에너지와 연계하면 생산 과정에서 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있어 그린수소 핵심 기술로 주목받고 있다.

KETI 신재생에너지연구센터(센터장 임현수) 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 국내 다공성 확산체 전문기업인 엘티메탈과 공동 연구를 통해 상용화에 필요한 1500㎠ 이상의 대면적 제조 기술도 확보했다. 연구진은 기술 개발 초기부터 양산 가능성을 고려해 연구를 진행한 만큼 시장이 형성되면 즉시 제품화가 가능할 것으로 기대하고 있다.

임현수 KETI 신재생에너지연구센터장은 “기술 개발 초기부터 상용화까지 고려해 연구를 진행한 결과 상용화 가능한 수준까지 기술을 확보했다”며 “시장이 열리면 바로 제품화가 이뤄지도록 가격 저감 기술 및 제품 신뢰성을 확보해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 그린수소기술자립프로젝트의 지원으로 수행됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]