[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 신소재공학부·친환경소재대학원 강병우 교수팀이 배터리 에너지 효율을 떨어뜨리는 탄산염을 잘 활용해 특별한 장비 없이도 고에너지·고효율의 전고체 나트륨-공기 배터리를 개발했다. 이 배터리는 다른 금속-공기 배터리보다 3.4V의 더 높은 방전 전위로 인해 높은 에너지 밀도를 보였으며, 100사이클에 걸쳐 0.1㎃㎠에서 86%이상의 에너지 효율을 달성했다 . 12일 POSTECH에 따르면, 차세대 고용량 배터리로 알려진 '금속-공기 배터리'는 지구상에 풍부한 산소와 금속으로 전력을 만드는 배터리다. 금속-공기 배터리는 금속과 산소가 반응하는 과정에서 대기 중 이산화탄소와 수증기로 인해 탄산염이 형성되는데, 이 탄산염은 배터리 에너지 효율을 떨어뜨리는 골칫덩이다. 때문에 정제된 산소를 사용하거나 대기 중 산소만 선별해서 활용할 수 있는 산소 투과막 등 추가 장비가 별도로 필요하다. 연구진은 천덕꾸러기였던 탄산염을 효과적으로 활용하기 위해 나트륨계 산화물 '나시콘'을 사용했다. 나트륨과 지르코늄(Zr) 등 여러 원소로 구성된 나시콘은 고체 상태에서 이온을 이동시키는 고체 전해질로 전기화학적·화학적으로 매우 안정적이다. 이 나시콘 고체전해질을 사용해 나트륨 금속이 있는 전극을 공기로부터 보호하고, 배터리가 작동할때 형성되는 탄산염이 분해되는 것을 촉진했다. 그 결과, 탄산염의 가역적인 전기화학 반응을 통해 배터리의 에너지밀도가 증가했다. 또 배터리를 충방전할 때 발생하는 전압 차이가 크게 줄어 에너지 효율까지 끌어올렸다. 뿐만아니라 나트륨 이온을 전극 내부로 빠르게 전달해 전기를 출력하는 성능까지 향상됐다. 결국, 산소를 선별하는 별도 장치 없이 금속과 공기만으로 배터리를 구동하는 데 성공한 것이다. 강병우 교수는 "차세대 고에너지 금속-공기 배터리의 고질적 문제였던 탄산염 활용법을 찾았다"며, "대기 중에서 안정하고, 넓은 전압 범위를 가진 고체 전해질 기반 배터리 플랫폼으로 차세대 전고체 금속-공기 배터리 분야를 이끌어가겠다"는 말했다. 한편, 강 교수는 박희택 박사(현 한국전기연구원 차세대전지연구센터)과 함께 이번에 개발한 나트륨-공기 배터리를 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)'에 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 정우철·이강택 교수팀과 홍익대 김준혁 교수팀이 수소로 전기를 만들어내는 세라믹 연료전지의 전극을 700시간 이상 견딜 수 있게 만들었다. 이 전극 소재는 산소 이온 전도성 고체산화물 연료전지(SOFC)와 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 모두에서 사용할 수 있다. 정우철 교수는 9일 "연료전지의 문제점을 해결하기 위해서 완전히 새로운 소재를 개발해야 한다는 틀을 깨고 기존에 주목받지 못했던 소재의 결정구조를 잘 제어하면 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시했다"고 말했다. 또 이강택 교수는 "하나의 소자에만 응용되었던 기존 소재들에 비해 총 4가지 소자에 모두 적용될 수 있는 유연성을 가지고 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소 생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 기여할 것"이라고 말했다. 연료전지는 수소로 전기를, 전기로 수소를 만들어낸다. 연료전지에 들어가는 전극 부품들은 수소전기차, 수소 충전소, 발전 시스템 등에 활용할 수 있다. 하지만 지금까지 여기에 사용하는 부품들은 연료전지 작동온도가 낮아짐에 따라 반응속도가 느려져 부품 효율이 크게 떨어졌다. 연구진은 매우 불안정한 결정구조를 갖고 있는 페로브스카이스 산화물에 'Ta5+'라는 높은 원자가 이온을 첨가했다. 이를 통해 결정구조가 안정화 되면서 촉매 활성도가 100배 이상 향상됐다. 이 전극 소재는 SOFC와 PCFC의 전력·수소 생산 등 총 4가지 부품에 모두 적용할 수 있다. 또한 해당 부품들의 효율이 현재까지 보고된 소자 중 가장 우수하고 기존 100시간 운전에도 열화되던 소재에 비해 700시간 이상 장기간 구동에도 안정적이었다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 연료전지 전극을 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국 왕립학회 '에너지 & 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

현대엔지니어링과 SK에코플랜트가 초소형모듈원전(MMR) 전문 기업 미국 USNC사와 손잡고 탄소배출 없는 수소 생산을 위한 연구개발에 나선다. 3사는 20일 서울 종로구 SK에코플랜트 본사에서 '수소 마이크로 허브' 구축을 위한 3자간 업무협약(MOU)를 맺었다.'수소 마이크로 허브'는 MMR에서 발생하는 전기와 고온의 증기에 고체산화물수전해기(SOEC)의 고온수전해 공정을 적용해 수소를 생산하는 설비다. 원자력을 활용해 만든 전기로 물을 분해해 수소를 뽑아내는 탄소배출 없는 수소 생산 방식이다. 협약에 따라 3사는 향후 5년 간 공동으로 MMR-SOEC 연계 통합 플랜트에 대한 연구개발을 수행한다. 이를 통해 가격 경쟁력 있는 수소 생산 체계 구축을 검토하고, 향후 수소 생산 및 공급 사업을 위한 지속적인 연구개발 및 실증을 추진할 계획이다. 현대엔지니어링은 MMR 관련 BOP(연료 전지 직류 변환 장치)와 EPC(설계·조달·시공) 업무를 총괄한다. USNC는 MMR 설계·제작·공급을 수행한다. SK에코플랜트는 블룸에너지의 SOEC를 통해 원전 기반의 수전해 수소 생산 시스템을 구성하고 수소 생산 설비를 공급한다. 특히 현대엔지니어링과 USNC는 캐나다 초크리버 지역에서 실증사업을 진행하고 있는 고온가스로(HTGR) 기반의 4세대 원자로를 적용한 초소형모듈원전을 활용한다. SK에코플랜트는 블룸에너지·블룸SK퓨얼셀과 함께 경북 구미에 위치한 블룸SK퓨얼셀 제조공장 내 130kW 규모 SOEC 설비를 통해 수전해 수소 시험생산에 성공한 바 있다. 홍현성 현대엔지니어링 대표이사는 "글로벌 친환경·에너지 기업으로 도약하기 위해 재활용 플라스틱 자원화, 신재생에너지, 전기차 충전 인프라 보급 등 다각도로 노력을 지속하고 있다"고 말했다. ssuccu@fnnews.com 김서연 기자

[파이낸셜뉴스] 현대엔지니어링과 SK에코플랜트가 초소형모듈원전(MMR) 전문 기업 미국 USNC사와 손잡고 탄소배출 없는 수소 생산을 위한 연구개발에 나선다.  3사는 20일 서울 종로구 SK에코플랜트 본사에서 '수소 마이크로 허브' 구축을 위한 3자간 업무협약(MOU)를 맺었다.  '수소 마이크로 허브'는 MMR에서 발생하는 전기와 고온의 증기에 고체산화물수전해기(SOEC)의 고온수전해 공정을 적용해 수소를 생산하는 설비다. 원자력을 활용해 만든 전기로 물을 분해해 수소를 뽑아내는 탄소배출 없는 수소 생산 방식이다. 협약에 따라 3사는 향후 5년 간 공동으로 MMR-SOEC 연계 통합 플랜트에 대한 연구개발을 수행한다. 이를 통해 가격 경쟁력 있는 수소 생산 체계 구축을 검토하고, 향후 수소 생산 및 공급 사업을 위한 지속적인 연구개발 및 실증을 추진할 계획이다. 현대엔지니어링은 MMR 관련 BOP(연료 전지 직류 변환 장치)와 EPC(설계·조달·시공) 업무를 총괄한다. USNC는 MMR 설계·제작·공급을 수행한다. SK에코플랜트는 블룸에너지의 SOEC를 통해 원전 기반의 수전해 수소 생산 시스템을 구성하고 수소 생산 설비를 공급한다. 특히 현대엔지니어링과 USNC는 캐나다 초크리버 지역에서 실증사업을 진행하고 있는 고온가스로(HTGR) 기반의 4세대 원자로를 적용한 초소형모듈원전을 활용한다. SK에코플랜트는 블룸에너지·블룸SK퓨얼셀과 함께 경북 구미에 위치한 블룸SK퓨얼셀 제조공장 내 130kW 규모 SOEC 설비를 통해 수전해 수소 시험생산에 성공한 바 있다. 홍현성 현대엔지니어링 대표이사는 "글로벌 친환경·에너지 기업으로 도약하기 위해 재활용 플라스틱 자원화, 신재생에너지, 전기차 충전 인프라 보급 등 다각도로 노력을 지속하고 있다"고 말했다. ssuccu@fnnews.com 김서연 기자

[파이낸셜뉴스] 미 항공우주국(NASA)의 화성탐사 로버 '퍼서비어런스'가 화성에서 이산화탄소를 산소로 만드는 실험에 성공했다. NASA는 향후 화성에 우주인을 보내기전 이 '화성 현지 자원활용 산소 실험(MOXIE)' 장치보다 큰 기기를 미리 보내 우주인이 숨쉴 수 있는 충분한 산소를 만들고, 지구로 귀환하는 우주선에 넣을 연료도 만들 계획이다. 매사추세츠공과대(MIT) 헤이스텍 관측소 연구진은 퍼서비어런스에 탑제된 '화성 현지 자원활용 산소 실험(MOXIE)' 장비를 이용해 총 7차례 실험을 통해 산소를 생산해냈다고 1일 밝혔다. MOXIE 장치는 각각의 실험에서 시간당 6g의 산소를 만들어냈다. 산소 6g은 우주인 한명이 10분간 활동하는데 필요한 양이다. MIT 항공우주비행학과 제프리 호프만 교수는 "이것은 실제로 다른 행성 표면의 자원을 사용하고, 그 자원들을 우주인의 임무에 사용할 수 있도록 화학적으로 변환시키는 첫번째 실험이라는 점에서 역사적인 일"이라고 말했다. 이번 실험이 특별한 이유는 화성의 다른 계절과 낮과 밤 등 다양한 조건에서 7번의 실험을 통해 산소를 생산해 냈다는 점이다. 이는 화성의 다양한 환경조건에서도 산소 생산이 가능한 것을 보여준 것이다. 현재 MOXIE 장치는 화성탐사 로버 '퍼서비어런스'에 장착할 수 있도록 설계됐다. 이 장치는 로버의 탐사 일정과 임무에 따라 주행을 시작하고 종료되는 짧은 시간 동안 작동하도록 제작됐다. 이 장치는 먼저 오염물질을 제거하는 필터를 통해 화성의 공기를 빨아들인다. 이때 공기는 가압되고 고체산화물 전기분해장치(SOXE)에 보내져 전기화학적으로 산소 이온과 일산화탄소로 분리한다. 다음으로 산소 이온은 분리되고 재결합돼 우리가 숨쉴 수 있는 산소가 만들어진다. 이때 MOXIE 장치는 일산화탄소와 기타 다른 가스를 대기중으로 방출하기전 그 양과 순도를 측정한다. 연구진은 퍼서비어런스가 2021년 2월 화성에 착륙후, 1년간 7차례에 걸쳐 MOXIE 장비를 가동했다. 매번 예열하는데 몇시간이 걸리고, 다시 전원을 끄기 전에 산소를 만드는 데 또 한시간이 걸렸다. MOXIE 장치가 화성의 대기 조건 변화에도 잘 작동할 수 있는지 확인하기 위해 가동 시간을 낮이나 밤, 그리고 계절에 따라 각기 다른 시간에 가동했다. 화성의 대기는 지구보다 훨씬 더 다양하다. 호프만 교수는 "화성의 공기 밀도는 1년 내내 2배 정도 변할 수 있고, 온도는 100도 이상 차이가 나는데, 이 장치는 이번 실험을 통해 어떤 계절이든 가동이 가능하다는 것을 보여줬다"고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스 대전=김원준 기자] 물을 전기분해해 수소를 생산하는 수전해 관련 기술개발이 최근 활기를 띠고 있다. 수전해 수소생산 기술은 '탄소중립 달성'과 '수소경제 진입 등' 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기술로 주목받고 있다. ■韓특허출원 세계 4번째  20일 특허청에 따르면 최근 5년(2015~2019년)간 선진 5개국 특허청(IP5)에 출원된 수전해 기술관련 특허건수는 모두 1469건으로, 이전 5년(2010~2014년)의 1123건과 비교해 31%증가했다.  국적별로는 일본이 1974건(전체의 44.3%)으로 가장 많았고, 한국은 549건(12.3%)으로 4번째였다. 중국의 경우 총 617건(13.8%)으로 지난 2014년부터 출원량이 급증, 한국을 앞질렀다.  국내 대표 출원 업체는 한국에너지기술연구원, 삼성 등이 있지만 IP5 다출원인 목록을 살펴보면, 상위 10위내에 삼성, 한국에너지기술연구원 등 2개 출원인만 포함됐다.  수전해 기술은 양극과 음극을 통해 전기에너지를 가해 물(H₂O)을 수소(H₂)와 산소(O₂)로 분해하는 것으로, 두 전극 사이를 채우는 전해질의 종류에 따라 알칼라인, 고분자전해질, 고체산화물 기술 등 3가지로 구분된다. ■알카라인 수전해 기술 점유율 최다  IP5 특허출원 중에는 알카라인 수전해 기술 출원이 총 2443건(54.8%)으로 가장 점유율이 높다. 이는 알카라인 수전해 기술이 가장 먼저 개발돼 기술이 성숙돼 있는데다 장치 가격이 저렴하고 분해 용량이 커 상용화에 유리하기 때문이라는 분석이다.  고분자전해질 수전해 기술은 전류 밀도가 크고 전력 변동성에 강한 장점이 있어, 비싸고 내구성이 약하다는 단점에도 불구, 알카라인 수전해 기술과 함께 병행 발전할 것으로 전망된다.  IP5에 대한 한국 국적 출원 549건 중 고분자전해질 기술 출원 비율은 42.4%(233건)로, 미국(40.7%), 일본(39.2%), 유럽연합(EU·30.0%), 중국(28.8%)에 비해 높았다. 고분자전해질 기술분야의 한국 국적 출원인을 살펴보면, 한국에너지기술연구원과 같은 수전해 전문 출원인뿐만 아니라, 삼성, SK 이노베이션 등 전지 관련 기업이 포함돼 있다. 전지와 수전해 장치의 기본 구조가 유사해 2차전지에서 세계 수준의 경쟁력을 보유하고 있는 우리나라 기업의 기초기술이 고분자전해질 수전해 기술 개발에도 활용되고 있는 것으로 보인다. ■수전해기술, 수소경제 진입 가교역할  수전해 기술이 주목받는 것은 전력망의 수요를 초과해 생산된 잉여 전기로 물을 분해해 수소를 생산·저장하는 기술이 탄소중립 달성과 수소경제사회 진입을 이어주는 가교 기술이기 때문. 1㎏의 수소로 현대자동차의 수소차 넥쏘를 90~100㎞주행할 수 있다.  최정식 특허청 재료금속심사팀 심사관은 “수전해 기술은 재생에너지를 효율적으로 수소경제와 연결하는 기술이라는 점에서 중요하다”면서 “재생에너지 발전의 변동성을 보완할 수 있는 수전해 기술의 연구개발과 함께 이를 보호할 수 있는 지식재산권의 확보도 중요하다”고 말했다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 미래 청정 기술로 불리며 소독제·살충제·액체비료 등으로 활용할 수 있는 플라즈마 활성수를 대용량으로 제조하는 기술을 개발했다. 한국전기연구원(KERI)은 전기물리연구센터 진윤식·조주현 박사팀이 농업·바이오·식품·원예 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 '플라즈마 활성수'를 세계 최대 용량으로 제조하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. KERI 연구팀은 '산업용 대용량 플라즈마 활성수 제조장치'의 상업화를 위한 기술이전 수요업체 발굴을 통해 조기 사업화를 추진한다는 목표다. 플라즈마 활성수는 공기 혹은 수중에서 플라즈마를 생성한 뒤, 산소 및 질소 등의 활성종을 물에 녹아들게 한 기능성 물이다. 이 활성수는 강한 산성을 띠어 소독제나 살충제 등의 역할을 할 수 있고, 동시에 질소 산화물들이 다량 포함되어 있기 때문에 액체 비료로도 활용이 가능하다. 병원에서는 의료도구의 소독이나 피부 치료로 쓸 수 있고, 가정에서도 야채나 과일을 씻어주는 친환경 세정제로 이용될 수 있다. 현재까지 플라즈마 활성수 제조용량에 관한 세계적인 기록은 미국 APS사의 시간당 120L, 네덜란드 아인트호벤 대학의 시간당 100L가 있으나, KERI가 개발한 '동축형 유전체장벽방전' 장치는 시간당 무려 500L의 플라즈마 활성수(pH 3기준)를 제조할 수 있어 세계 최고 수준이다. 해당 연구결과는 특허출원을 완료했고, 최근 미국에서 열린 펄스파워 분야 세계 3대 학회인 '펄스파워 및 플라즈마 과학 컨퍼런스(PPPS)'와 일본에서 열린 물리학 및 플라즈마 분야의 저명한 국제학술대회인 'ICPIG-34 & ICRP-10'에 소개돼 전 세계 전문가들의 많은 주목을 받았다. 연구개발 책임자인 진윤식 박사는 "플라즈마 활성수는 공기와 물 그리고 전기만 있으면 제조가 가능하고, 다른 화학물질을 사용하지 않기 때문에 매우 친환경적이다"고 밝히며 "KERI가 개발한 기술로 농업·바이오·식품·원예 등 다양한 산업에서 대용량의 플라즈마 활성수를 활용할 수 있는 길이 열렸다"고 전했다. 한편, 플라즈마란 고체, 액체, 기체에 이은 제4의 물질로, 강한 전기적 힘으로 인해 기체 분자가 이온과 전자로 나눠지는 상태를 말한다. 우주 전체의 99%가 플라즈마 상태로 이뤄져 있고, 자연현상에서는 번개, 오로라 등에서 찾아볼 수 있으며, 우리 주위에서는 거리의 네온사인과 형광등이 플라즈마에 의한 현상이다. 대기중에서 생성된 플라즈마의 이온 및 전자는 공기 중의 산소·질소 등과 만나면 다양한 화학종(Chemical species)을 만든다. 이러한 화학종은 또 다른 물질의 표면과 만나 여러 화학 작용을 일으킨다. 여기서 발생하는 화학 작용을 통해 물질 표면에 있는 오염물질의 살균·분해·소독·세정 등 많은 긍정적 효과를 만들어낸다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

【 대전=김원준 기자】스마트폰 등 모바일 기기 배터리 발화와 폭발 위험성을 낮추는 고체전해질 이차전지 개발이 활발하다. 17일 특허청에 따르면 최근 10년(2006~2015년)간 고체전해질 이차전지 관련 특허협력조약(PCT) 국제출원은 모두 219건이었다. 지난 2010년까지 10여건에 불과했으나 2011년부터 25건으로 증가하기 시작해 2012년 23건, 2013년 45건, 2014년 28건, 2015년 50건으로 점차 늘고 있다. 출원인별로는 토요타가 24건(10.9%)으로 가장 많고 이어 히타치 10건(4.6%), 소니 8건(3.7%), LG화학 7건(3.2%) 등의 순으로 조사됐다. 출원인을 국적별로 보면 일본 133건(60.7%), 미국 40건(18.3%), 한국 20건(9.1%), 독일 17건(7.8%), 중국 5건(2.3%)등의 순이었다. 출원된 기술은 기존 이차전지에서 사용하는 액체전해질을 고체로 대체하는 핵심소재인 고체전해질 개발에 대한 것이 대부분이다. 기존 리튬이차전지에 사용되는 액체전해질은 단점인 전해액의 분해반응 등으로 발화 및 폭발 위험성이 있다. 이런 단점을 해결하기 위해 액체전해질이 고체전해질로 대체되고 있는 것. 고체전해질은 외부 충격에 따른 파손 때 누액이나 폭발의 위험성이 없고 고온이나 고전압 상황에서도 높은 에너지 밀도 유지가 가능하다. 고체전해질 소재 기술별 출원건수는 △안정성은 높지만 낮은 이온전도도와 고온 열처리 공정시간이 긴 산화물(oxide)계 소재가 67건(30.6%) △이온 전도도는 높지만 수분과 산소에 취약한 황화물(sulfide)계 소재가 44건(20.1%) △리튬 폴리머전지로 이미 상용화돼 더욱 성능 향상을 꾀하고 있는 고분자(polymer)계 소재가 31건(14.2%) △결정화 유리 상태를 얻을 수 있어 높은 이온전도성이 가능한 인산염(phosphate)계 소재가 17건(7.8%)등이다. 강전관 특허청 국제특허출원심사1팀장은 "현재 이차전지는 주류를 이뤘던 휴대기기용 소형전지를 뛰어 넘어 전기자동차용의 전원, 중대형 에너지 저장장치 등으로 분야를 확장하고 있다"며 "최근에는 폭발이나 화재의 위험이 없는 고체전해질 이차전지 관련 기술개발이 활발히 이뤄지고 있는 만큼 국내 기업들의 출원이 늘어나길 기대한다"고 말했다. kwj5797@fnnews.com

【대전=김원준 기자】스마트폰 등 모바일 기기 배터리 발화와 폭발 위험성을 낮추는 고체전해질 이차전지 개발이 활발하다. 17일 특허청에 따르면 최근 10년(2006~2015년)간 고체전해질 이차전지 관련 특허협력조약(PCT) 국제출원은 모두 219건이었다. 지난 2010년까지 10여건에 불과했으나 2011년부터 25건으로 증가하기 시작해 2012년 23건, 2013년 45건, 2014년 28건, 2015년 50건으로 점차 늘고 있다. 출원인별로는 토요타가 24건(10.9%)으로 가장 많고 이어 히타치 10건(4.6%), 소니 8건(3.7%), LG화학 7건(3.2%) 등의 순으로 조사됐다. 출원인을 국적별로 보면 일본 133건(60.7%), 미국 40건(18.3%), 한국 20건(9.1%), 독일 17건(7.8%), 중국 5건(2.3%)등의 순이었다. 출원된 기술은 기존 이차전지에서 사용하는 액체전해질을 고체로 대체하는 핵심소재인 고체전해질 개발에 대한 것이 대부분이다. 기존 리튬이차전지에 사용되는 액체전해질은 단점인 전해액의 분해반응 등으로 발화 및 폭발 위험성이 있다. 이런 단점을 해결하기 위해 액체전해질이 고체전해질로 대체되고 있는 것. 고체전해질은 외부 충격에 따른 파손 때 누액이나 폭발의 위험성이 없고 고온이나 고전압 상황에서도 높은 에너지 밀도 유지가 가능하다. 고체전해질 소재 기술별 출원건수는 △안정성은 높지만 낮은 이온전도도와 고온 열처리 공정시간이 긴 산화물(oxide)계 소재가 67건(30.6%) △이온 전도도는 높지만 수분과 산소에 취약한 황화물(sulfide)계 소재가 44건(20.1%) △리튬 폴리머전지로 이미 상용화돼 더욱 성능 향상을 꾀하고 있는 고분자(polymer)계 소재가 31건(14.2%) △결정화 유리 상태를 얻을 수 있어 높은 이온전도성이 가능한 인산염(phosphate)계 소재가 17건(7.8%)등이다. 강전관 특허청 국제특허출원심사1팀장은 "현재 이차전지는 주류를 이뤘던 휴대기기용 소형전지를 뛰어 넘어 전기자동차용의 전원, 중대형 에너지 저장장치 등으로 분야를 확장하고 있다"며 "최근에는 폭발이나 화재의 위험이 없는 고체전해질 이차전지 관련 기술개발이 활발히 이뤄지고 있는 만큼 국내 기업들의 출원이 늘어나길 기대한다"고 말했다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자

신재생에너지를 이용해 고온의 수증기에서 수소를 추출하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국에너지기술연구원은 우상국 박사 연구팀이 고온 ·고압의 폐열과 수증기를 재활용할 목적으로 '평관형 고체산화물 수전해 장치'를 개발하고 이 장치를 통해 고온의 수증기와 전기를 흘려 화학 분해반응을 일으킨 뒤 수소를 제조할 수 있는 '고온수전해 수소제조 기술'을 세계 최초로 확보했다고 21일 밝혔다. 기존의 고체산화물 수전해 장치는 평판형과 원통형이 있었으나 평판형은 강도가 떨어지고 밀봉이 어렵다는 단점과 원통형은 여러개의 장치를 위에 쌓기 불편하고 집적도가 떨어진다는 단점이 있었다. 우상국 박사 연구팀은 이러한 단점을 보완하고 각각의 장점을 접목해 독자적으로 평평하고 얇은 튜브형 수전해 장치인 평관형 고체산화물셀(Flat-tubular solid oxide cell)을 개발했다. 이번에 개발된 장치로 850℃ 이상의 고온에서 물로부터 시간당 200L 이상의 수소를 만들어낼 수 있게 됐다. 이 같은 고온형 수전해 수소생산 방식은 80℃ 이하의 저온형 수전해 방식에 비해 약 15% 이상 효율이 높은 것으로 나타났다. 이 기술은 세라믹 연결재가 평관형 단위셀에 일체형으로 제작돼 별도의 금속성 연결재가 없어도 각각의 장치를 적층할 수 있어 집적도가 매우 높은데다 금속의 부식 현상으로 인한 성능저하를 극복할 수 있다는 장점도 갖췄다. 또 가볍고 조밀한 모듈을 구성할 수 있어 경제성이 뛰어나다. 우 박사 연구팀은 평관형 셀 10장을 적층한 구조물 스택을 이용해 2000시간 연속운전을 성공적으로 수행하고 200L/h 수소 제조용 스택모듈 개발에 성공했다. 향후 350L/h 대용량제조기술 개발에 성공할 경우 국내외 수전해 기술의 선두주자로 자리매김할 수 있을 것으로 전망된다. 에너지기술연구원 우상국 박사는 "화석연료로 수소를 만들 경우 한정된 자원을 사용하면서 필연적으로 오염물질을 배출하기 때문에 장기적으로는 지양해야 할 방법"이라며 "신재생에너지를 이용해 수소를 만들어내는 방법 중 고온수전해 수소 생산 기술이 경제성 측면에서 우수해 미래 수소 생산 기술의 중심이 될 것으로 기대한다"고 말했다. jhpark@fnnews.com 박지현 기자