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 연구책임자 : 양철남
전 화 : 055-280-3548
e-mail : ycnam19@kims.re.kr |
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태양전지, 풍력, 조력 등의 공통점은 무한한 자원 에너지라는 점이다. 또한 자연에너지로 친환경적이기도 해 녹색성장, 친환경을 강조하는 오늘날 부각되는 분야이다.
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 하지만 태양전지나 풍력, 조력 등 자연에너지는 기후 변화에 민감하고 간헐적으로 작동된다는 단점을 갖고 있다.
이러한 단점을 해결할 수 있는 방안으로 태양전지 등 자연에너지와 연료전지를 융합한 기술이 주목받고 있다.
재료연구소 융합공정연구본부 양철남 선임연구원은 수소/산소를 이용해 친환경적이면서도 안정적으로 에너지를 변환할 수 있는 연료전지의 핵심인 스택과 함께 이를 운영할 수 있는 주변장치까지 모두 개발했다.
특히 양 선임연구원은 산소 대신 공기를 사용하는 개방형 연료전지 시스템이 환기가 잘 되지 않는 곳에서 사용할 경우 수소가 쌓일 수 있고 이로 인해 화재나 기타 폭발 위험이 있을 수 있다는 단점을 해결할 수 있는 밀폐형 연료전지 시스템을 개발했다.
이번 연구는 지식경제부 지역산업기술개발사업에 의해 개발 중인 ‘그린에너지를 이용한 가정용 수소이용 하이브리드 시스템 개발’ 중 세부과제인 ‘수소/산소 이용 1kW 연료전지 시스템 개발’로 2008년부터 시작돼 오는 2011년까지 자동운전, 시스템 시험 평가 등이 계속된다.
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밀폐형 연료전지 시스템은 상단 제어장치,  중간 연료전지 모듈(스택 포함), 하단 열관리모듈로 구성돼 있다.
양 선임연구원은 스택 구성에 필요한 분리판의 설계 및 가공, 막전극접합체의 제조, 체결 과정 등을 시험 평가해 수소/산소 이용 밀폐형 1kW 연료전지 시스템에 적합한 스택을 제조했다.
특히 스택의 효율을 높이기 위해 막전극접합체 제조기술 및 균일한 셀 성능을 얻을 수 있는 셀 스택 조립 기술을 확립했다.
개발된 연료전지 시스템은 스택내의 전기화학 반응에 의해 수소와 산소를 전기와 물로 변환시키고, 생성된 물을 수거해 수전해정치로 보낼 수 있도록 구성되었다.
반응가스인 수소를 연료전지 시스템 내부에서 소모함으로써 미반응가스를 외부로 배출시키지 않고 발생된 물을 모두 수거할 수 있다.
1kW의 출력으로 밀폐형 연료전지 시스템을 10시간 운전하면 약 5ℓ의 물을 처리할 물탱크가 필요한 데 이 부피를 줄이기 위해 물탱크에 레벨센서를 장착해 일정 레벨 이상 될 때마다 수전해장치로 물이 공급된다.
또 연료전지 시스템에서 발생하는 열도 외부의 열교환기와 열교환해 난방 보조의 기능을 갖도록 해 전기와 열을 동시에 사용할 수 있다.
양 선임연구원은 이번 기술과 관련하여 이미 2건의 국내 특허등록 및 PCT를 출원했으며 추가로 1건의 특허를 출원한 상황이다.
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| 밀폐형 연료전지 시스템은 공급되는 반응가스인 수소, 산소의 연료이용률이 100%로 활용도가 매우 높고 장시간 시스템을 운전할 수 있어 향후 무인잠수정, 연료전지추진 잠수함 등 특수 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 가정용 개별 주택단위의 전원공급을 넘어 집합단위로 전원을 공급할 수 있는 5kW, 10kW, 20kW급 이상의 스택 및 시스템 제조 기술로 확대하면 무한 에너지인 태양전지의 전원을 이용해 소규모의 그린빌리지 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 독립된 연료전지 시스템 기술로 응용할 수 있다.
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