금오공대 기계공학과 최시혁 교수팀 생산기법 변화로 환경피해 감소 전망
금오공과대학교가 이 대학 기계공학과 최시혁 교수(36)팀이 미국 노스웨스턴대학 소시나 하일레 교수 연구팀과의 공동 연구로 고순도ㆍ고효율 수소 생산이 가능한 차세대 세라믹 수전해전지를 개발했다고 23일 밝혔다.
최 교수팀은 현재 대부분의 수소가 환경에 나쁜 이산화탄소를 함께 배출하는 메탄의 수증기 개질법으로 생산되고 있는데 물을 전기로 분해해 수소를 얻는 ‘수전해전지’ 기술이 이를 해결할 수 있다는 데 주목하고 이 기술을 개발했다.
특히 구성요소가 모두 고체로 이뤄진 ‘고체산화물 수전해전지’의 경우 기존 수전해전지 기술보다 적은 전기량을 사용해 더 많은 수소를 생산할 수 있으며 ‘프로톤 세라믹 수전해전지’는 프로톤의 높은 전도도에 의해 낮은 작동 온도에서도 수전해 구동을 할 수 있다.
때문에 프라톤 세라믹 수전해전지는 생산된 수소와 수증기를 따로 분리할 필요가 없어 효율성이 높은 수전해 시스템 운용이 가능하다.
최 교수 연구팀은 전자와 산소이온에 대한 높은 전도성과 함께 프로톤 전도 특성도 뛰어난 ‘삼중 전도성 공기극 소재’와 화학적으로 매우 안정된 전해질 소재를 개발, 이를 프로톤 세라믹 수전해전지에 적용함해 수전해의 성능과 안정성을 극대화시켰다.
연구를 적용한 결과 600℃에서 1.3V의 전압을 가했을 때, 1㎠ 면적의 전지에서 하루에 약 14ℓ의 수소를 생산할 수 있는 성능을 구현하는 데 성공했다.
이는 기존 연구에서 2배 이상 수소 생산량을 향상시킨 것으로, 500시간 이상 장기 구동에도 성능 감소 없이 우수한 수소 생산 효율을 구현했다.
최 교수는 “이번에 개발한 프로톤 세라믹 수전해전지의 경우, 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 수전해 기능을 향상하는 동시에 수소연료전지 기능을 하나로 완벽하게 결합했다”며 “이는 쓰고 남은 전기를 수소로 저장하고 이 수소를 다시 사용해 전기를 생산할 수 있어 수소 에너지 상용화에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 에너지 분야 최상위급 SCI 학술지인 ‘에너지 및 환경 과학(Energy ＆ Environmental Science, Impact factor: 30.067)’의 1월호 온라인판에 게재됐다.
신승남 기자 intel887@idaegu.com