[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 가장 가벼운 이온인 프로톤(수소 이온)을 전달하는 세라믹 특성으로 각광받는 ‘프로톤 세라믹 연료전지(PCFC)’의 상용화 가능성을 세계 최초로 열었다. 

28일 과학기술정보통신부에 따르면 한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권) 고온에너지재료연구센터 이종호·지호일 박사, 한양대 신동욱 교수 공동연구팀은 상용화가 가능한 수준의 고성능 대면적 PCFC를 개발했다. 

연구결과는 에너지 기술 분야의 국제학술지 ‘네이처 에너지(Nature energy)’ 온라인판에 이날 게재됐다. 

5마이크로미터 두께의 전해질로 구성된 대면적(5×5cm) 프로톤 세라믹 연료전지

연료전지는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치로, 오염물질 배출 없이 높은 발전효율을 갖는 미래 에너지 소자다. 

특히 세라믹 연료전지는 귀금속 촉매가 사용되지 않아도 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 다양한 연료사용이 가능해 전 세계적으로 주목받는다. 

무엇보다 PCFC는 이론적으로 중저온영역에서 기존 세라믹 연료전지 전해질보다 100배 이상 높은 전기 전도도를 갖기 때문에 차세대 연료전지로 주목받고 있다. 

하지만 박막 전해질-전극 접합체 제작이 매우 어렵고 고온 공정 중 열화로 인해 급격한 물성 저하가 발생하기 때문에 상용화 가능성이 요원했다.

연구진은 프로톤 세라믹 연료전지의 성능을 극대화하는 동시에 상용화가 가능한 수준의 대면적 전지를 제조할 수 있는 공정기술 개발을 추진했다. 

이 과정에서 전해질-전극 접합체 구조의 열처리 과정 중 전해질이 치밀해지는 원리를 세계 최초로 체계화, 이를 응용해 공정 온도를 획기적으로 낮출 수 있었다. 

또한 연구진은 추후 상용화를 고려해 실제 양산공정에 쓰이는 대면적 스크린 인쇄법과 단시간 저온 열처리가 가능한 마이크로파 공정을 활용함으로써 경제성을 확보했다. 

대면적 프로톤 세라믹 연료전지는 기존 결과에 비해 10배 이상의 높은 출력을 나타냈다. 

KIST 연구진들. 좌측부터 지호일 박사, 이종호 박사, 안혁순 연구원

이종호 박사는 “태양광, 풍력 등 재생에너지 발전은 기상, 기후의 가변성으로 전력 손실이 발생하게 되는데, 이번 연구결과를 연료전지의 확장 분야인 ‘에너지저장’에 적용하면 재생에너지의 활용도를 높이는 데 획기적 기여를 하게 될 것”이라고 밝혔다.

kimys@newspim.com