SOFC 국산화 통한 친환경 발전 및 사업화 기반 구축
[일렉트릭파워 이재용 기자] 한전 전력연구원(원장 이중호)은 탄소중립 및 수소경제 활성화 정책에 따라 청정수소발전 확대를 위해 '고신뢰성 평판형 SOFC 및 스택 개발' 착수회의를 8월 25일 개최했다.
연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 산화반응으로 직접 전기를 생산하는 고효율 친환경 발전기술이다.
이 중 고온(650~1000℃)에서 운영하는 SOFC(고체산화물 연료전지, Solid Oxide Fuel Cell)는 연료전지 중 발전효율이 50~60%로 가장 높다.
또 수소 외에 암모니아, 바이오매스 등 다양한 청정연료 활용이 가능하고 저렴한 소재(세라믹, 니켈 촉매)를 사용한다는 장점이 있다.
한전 전력연구원은 ’19년에 가정·건물용 SOFC 시스템(스택 및 전력변환장치 등)을 개발해 계통연계 실증을 완료했다. 2021년에는 3kW급 시스템을 공동연구기관인 에이치앤파워에 기술이전해 KS인증을 획득하는 등 SOFC 시스템 제작‧설계기술을 보유하고 있다.
기후변화 대응을 위한 탄소중립 정책 추진으로 전 세계 발전용 연료전지 시장은 급격하게 성장하고 있다. 국내도 수소법의 개정으로 청정수소발전 의무화 제도가 도입돼 고효율 SOFC 발전시스템의 수요 확대가 예상된다.
기존에 국내에서 개발된 SOFC 스택은 두꺼운 연료극을 셀의 기계적 강도를 제공하는 지지체로 사용하고, 그 위에 얇은 전해질과 공기극을 올린 연료극지지체식 셀로 제작됐다.
연료극지지체식 셀은 출력밀도는 우수하지만, 연료극의 부피변화와 밀봉 문제로 내구성의 확보가 어렵다. 이에 반해 치밀한 구조의 전해질을 지지체로 사용하는 전해질지지체식 셀은 출력밀도는 조금 낮지만 셀의 안정성이 우수해 스택 내구성 확보에 이점이 있다.
연료전지 발전기술의 해외 의존도를 줄이고 비용의 절감을 위해 전해질지지체식 SOFC 스택 국산화가 시급한 상황이다.
전력연구원은 기존 연료극지지체식의 내구성 문제를 해결하고, 보유한 SOFC 시스템 기술 활용성 증대를 위해 이번 회의를 시작으로 엠아이엠세라믹스, 에이치앤파워, 한국과학기술원, 전남대학교와 공동연구로 '전해질지지체식 SOFC 스택 개발'에 착수했다.
공동연구를 통해 고효율 셀 개발을 위한 신규 전해질 소재 및 셀 구조 최적화 연구를 수행하고, 고온 내산화성 코팅 소재와 공정개발로 스택의 내구성을 향상할 계획이다.
또한 기존의 셀 제조공정을 개선해 대면적(유효면적 10×10㎠이상) 전해질지지체식 셀 제조공정을 확보하고 저렴한 금속 소재와 가공 기술을 개발해 스택 제작비용을 대폭 절감하고자 한다고 설명했다.
이에 더해 스태킹 기술 향상을 통해 국내 최초로 고신뢰성 전해질지지체식 스택을 개발함으로써 대용량 SOFC 발전을 위한 상용기술을 확보할 예정이다.
한전 전력연구원 관계자는 “2024년까지 고효율·고신뢰성의 kW급 전해질지지체식 스택을 개발하고, 향후 다수의 스택을 연계한 수십 kW급 모듈 및 시스템 실증을 통해 발전용 SOFC 사업화를 추진해 수소경제 활성화에 기여할 것”이라고 밝혔다.
