[한국기술뉴스] 창원대학교 임형태 교수 연구팀은 고체산화물 연료전지의 문제점을 개선하는 이중층 구조 고체산화물 연료전지를 개발했다. 개발된 기술은 창원대학교 산학협력단을 통해 2019년 04월 26일 특허를 출원(출원번호 제1020190049292호)했다. 특허 명칭은 '역전류에 의한 열화 현상이 방지된 고체산화물 연료전지’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

오랜 시간 동안 주요 에너지원으로 화석연료가 사용되었습니다. 그러나 급속한 자원 고갈과 지구온난화 같은 문제가 발생하고 있습니다. 이러한 문제의 근본적 해결을 위해 이를 대체할 수 있는 신재생 에너지 연구가 진행 중입니다.

친환경 분산 발전원으로 주목받는 고체산화물 연료전지는 연료의 화학에너지를 직접적으로 전기에너지로 변환하는 에너지 변환 장치입니다. 에너지 생산 과정에서 환경오염 물질인 미세먼지를 배출하지 않으며, 높은 효율로 전기에너지를 생산할 수 있어 이산화탄소 배출량을 최소화할 수 있습니다.

고체산화물 연료전지는 배터리 셀을 여러 장 쌓아 제품을 생산하는 스택 방식을 사용합니다. 하지만, 고체산화물 연료전지는 역전류 공급 시 전극과 전해질 간의 박리가 발생할 위험이 있다는 문제가 있습니다.

창원대학교 임형태 교수 연구팀은 전해질을 이중층 구조로 형성하여 역전류 공급에 의한 박리현상을 방지한 고체산화물 연료전지를 개발했습니다.

이중층 구조의 고체산화물 연료전지는 음극층과 전해질 층, 양극층으로 구성되어 있습니다. 산화니켈과 YSZ 음극재 분말을 압축한 뒤 열처리하여 음극 지지층을 제조합니다. 음극 지지층에 산화니켈과 YSZ, 부탄올을 혼합한 슬러리를 코팅시킨 뒤 열처리하여 음극 기능층을 형성합니다. 음극 기능층 위로 YSZ 슬러리와 PCO 및 YSZ가 혼합된 슬러리를 차례대로 코팅, 열처리하여 이중층 구조의 전해질 층을 형성합니다. 전해질 층 위로 LSM과 YSZ이 혼합된 양극기능층과 LSM으로 이루어진 양극을 프린트하여 연료전지를 완성합니다.

순수 YSZ 전해질을 이용한 연료전지는 역전류 테스트 후에 전압을 회복하지 못하는 모습을 보였으며, 공기극과 전해질 계면 간의 박리가 확인되었습니다. 반면에 이중층 구조를 지닌 연료전지는 역전류 테스트 후에도 기존 성능을 유지하는 모습이 확인되었습니다. 본 발명품은 전해질을 이중층 구조로 형성하여 기존의 연료전지가 지닌 전해질 박리 현상을 개선하고 누설 전류를 방지할 수 있습니다. 본 발명품을 통해 고체산화물 연료전지의 문제점과 안전성을 개선하여 고체산화물 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다.