한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 국내 최초로 브레이징 밀봉기술이 적용된 1킬로와트(㎾)급 고온연료전지 스택 제작에 성공했다고 10일 밝혔다.
제3세대 연료전지로 불리는 고체산화물연료전지(SOFC)는 600∼1000도 고온에서 작동하는데, 도시가스를 사용하는 연료전지 중 가장 고효율에 시스템 수명도 길다. 복합발전이 가능하다는 장점도 있다.
연료전지 스택은 자동차 엔진과 같은 핵심 부품으로, 연료극-전해질-공기극으로 구성된 단위전지, 금속분리판, 밀봉재 등으로 이뤄진 기본부품이 적층된 형태다. 이 가운데 분리판은 세라믹 단위전지를 감싸는 금속 셀프레임과 밀봉재를 통해 접합된다. 밀봉재는 산소와 수소가 혼합되는 것을 방지하고, 연료가스가 외부로 누출되지 않도록 내외부 공간을 차단한다. 또한 스택을 구성하는데 있어 기계적인 결합체로써의 역할과 충격을 완화하는 완충제 역할도 동시 수행한다.
연구진은 출력이 안정적인 스택제조 기술을 개발했다. 두 개 재료를 합급 사이에 놓고 가열·접합하는 브레이징 기술로, 유리밀봉재를 최소화한 스택모듈 설계를 적용한 결과다.
건물과 발전용 연료전지 핵심부품인 고온형 연료전지 스택은 700도 이상 고온에서 수소와 산소가 분리돼 각각 음극과 양극에 공급돼야 하므로 고온 밀봉기술이 매우 중요하다. 기존에는 유리 밀봉재를 사용했으나 반복되는 가열-냉각조건에서 열충격에 의해 누설이 발생하는 문제가 있었다.
개발 스택은 분리판 내부 모서리에 절연성 세라믹을 삽입, 양극과 연결된 분리판과 음극의 통전을 방지했다. 또 단위전지, 분리판, 집전체, 밀봉재를 하나의 일체화된 모듈로 구성함으로써 생산효율을 높인 것이 특징이다.
개발된 분리판-단전지 모듈은 적층하기 이전에 브레이징 밀봉부위의 모듈단위 누설을 확인할 수 있어 스택의 신뢰성이 높다. 모듈화 된 부품의 자동적층 공정을 적용함으로써 생산속도와 가격경쟁력도 동시에 높일 수 있다.
연구책임자인 유지행 책임연구원은 “개발기술은 도시가스를 사용하는 고온형 연료전지의 핵심 부품으로서 시스템 가격의 30-40%를 차지하는 스택의 국산화와 가격경쟁력을 높이기 위한 혁신적인 제조공법”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
