고강도 고내구성 분리판 기술 기업에 이전, 양산시작
연료전지 탄소복합체 분리판 양산 체계 구축
연료전지의 핵심 부품이자 대부분 수입에 의존했던 탄소 복합체 분리판이 국내 연구진에 의해 원천 기술이 개발되어 국산화의 길을 열었다.
한국에너지기술연구원은 고온에너지전환연구실 정두환 박사 연구진이 확보한 발전용 건물용 연료전지 분리판 제조 원천기술의 씨엔티솔루션 기술이전과 에너지연의 산업연계형, 성공후불제 사업 공동연구를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축했다고 밝혔다.
친환경적이며 높은 효율로 발전, 건물, 수송 등 여러 분야에 걸쳐 개발, 적용되고 있는 연료전지의 상용화를 위해서는 소형화, 고밀도, 경량화 등을 위한 기술개발이 필요하다.
특히 분리판은 여러 개의 단위전지를 연결해 스택의 골격을 구성하는 핵심 소재로, 스택 가격의 30%, 무게의 80%를 차지해 비용절감과 무게로 인한 에너지밀도 감소 문제를 극복해야 한다.
이러한 상황을 인식해 연구진은 탄소나노튜브를 이용해 고강도 고내구성의 탄소 복합체 분리판을 개발했다. 기존 탄소나노튜브가 첨가되지 않는 흑연 분리판과 비교해 가볍고 높은 전도도와 강도를 가지며, 후가공 공정이 필요 없고 제조공정이 간단해 가격 저감과 양산화에 유리하다.
연구진이 개발한 탄소 복합체 분리판은 탄소나노튜브를 첨가한 흑연을 필러(Filler)로 사용해 다양한 수지와 건식 습식 혼합 공정을 거쳐 탄소나노튜브 복합체 분리판 중간 소재를 생산한다. 분말 또는 입상의 중간 소재를 열가압 성형 틀에 넣어 압력과 가열을 통해 최종 탄소나노튜브 복합체 분리판이 만들어진다.
연구진이 개발한 기술은 각각의 몰드를 활용해 수요기업에서 요구하는 발전, 건물, 수송 등 다양한 분리판 제조가 가능하다.
또한 전기전도도 250(S/cm), 굴곡강도 67Mpa 이상을 얻어 미국 에너지부(US DOE)에서 제시한 기술적 목표를 150% 이상 달성했으며, 260oC 고농도 인산 내구성시험에서도 전혀 부식이 없어 저온과 중온 발전용 및 건물용 연료전지 스택재료로 사용할 수 있는 성과를 이루었다.
연구진은 2018년 6월 원천기술을, 2021년 4월 양산기술을 씨엔티솔루션에 기술이전해 에너지연의 원천, 양산기술과 기업의 생산기술을 접목했으며, 에너지연 연구진들의 연구지도를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축할 수 있었다
현재 씨엔티솔루션은 연간 15,000개의 분리판을 만들 수 있는 설비를 갖추고, 개발 첫해 5억 원의 매출을 기록했다. 현재 25만개 양산설비를 구축 중이며 올해 상반기에 완료할 예정이다.
고온에너지전환연구실 정두환 박사는 “성공적인 기술이전을 통해 대부분 수입에 의존하고 있는 탄소 분리판의 국산화가 가능하게 되었으며 정부가 추진 중인 탄소중립 실현을 위한 연료전지 보급률 달성에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
씨엔티솔루션 서정국 대표는 “에너지연에서 기획, 진행하는 각종 연구사업을 통해, 우수한 연구 인력의 도움을 바탕으로 성공적으로 기술 개발 및 사업화를 진행할 수 있었다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 나노융합 2020 사업(우수연구성과 사업화지원사업) 및 에너지연의 자체사업인 2020 성공후불제, 2021 산업연계형 과제의 일환으로 수행됐다.
헬로티 김진희 기자 |
