에너지기술연구원(원장 이창근) 수소융합소재연구실 김선동 박사 연구진이 고온에서 수증기를 전기분해해 청정수소를 만드는 고온수전해 ‘스택’을 개발했다.

스택은 수증기 분해에 최적으로 설계돼 해외기술에 비해 낮은 작동온도로도 높은 수소생산 효율을 나타냈다.

차세대 수전해 기술로 꼽히는 고온수전해 기술은 수증기를 전기분해하는 방식으로 850도에 이르는 고온의 수증기를 활용하기 때문에 저온보다 상대적으로 적은 양의 전기를 필요로 해 높은 효율을 통해 대용량의 수소를 생산하는데 적합한 기술이다.

현재까지 대부분의 고온수전해 스택 기술은 유사기술인 고체산화물 연료전지의 설계를 그대로 도입해 제작되고 있으나 에너지연이 이번에 개발한 고온수전해 스택은 초기 설계단계부터 수증기 전기분해에 최적화될 수 있도록 설계됐다.

연구진은 고온수전해의 연료인 수증기가 고체산화물 연료전지의 연료인 수소와 매우 큰 유동 특성 차이를 지닌다는 점에 주목했는데 수증기는 수소보다 부피가 크고 점성이 낮아 스택 내부에서 수증기가 원활히 흐르지 못하면 셀의 촉매 층에 고르게 분포되지 못해 효율이 저하된다.

이에 연구진은 수증기 유동 특성에 최적화된 분리판을 설계해 유동 균일성을 확보하고 이를 통해 우수한 성능을 확보하는데 성공했다.

이번에 개발한 SOEC 전용 스택은 에너지연이 자체적으로 설계했으며, 스택 제작에 필요한 밀봉재, 금속분리판 등의 주요 부품은 모두 국내 소재와 설계 및 제조기술로 구현했다.

연구책임자 김선동 박사는 “이번 성과는 우리나라의 고온수전해 기술을 강화하는 중요한 출발점”이라며, “저렴한 그린수소 대량생산을 위한 고온수전해 기술 상용화가 조만간 현실이 될 것으로 보이는 가운데 현재 개발 중인 고온수전해 전용 셀의 성능뿐만 아니라 내구성을 기존 상용품 대비 대폭 높여 우리나라 기술이 이 분야에서 중심적인 역할을 하도록 최선을 다하겠다.”고 밝혔다.