고체산화물 연료전지(SOFC)가 건물에너지 자립방안으로 부상함에 따라 SOFC 상용화의 가장 큰 과제인 내구성문제를 해결하기 위한 고내구성 SOFC 생산기술 국산화가 추진된다.
최근 한국에너지기술평가원은 2021년 에너지기술개발사업 신규과제 중 ‘페라이트계 스테인리스 금속지지체를 기반으로 한 금속지지형 SOFC 셀·스택 개발’과제의 주관기관으로 한국에너지기술연구원(KIER)을 선정했다고 밝혔다.
금속지지체는 높은 기계적 강도 및 열전도도, 밀봉률 확보 등이 용이해 SOFC 상용화의 최대 이슈인 내구성문제를 해결하기 위한 기술로 주목받고 있다.
이번 과제는 이러한 금속지지체기술을 확보해 국내 연료전지산업의 경쟁력을 제고하고 차세대 금속지지형 SOFC기술을 선점하기 위해 마련됐다. 이를 통한 금속지지형 SOFC기술 선점으로 수소경제 확산관련 국가 에너지산업 전반에 미치는 파급효과 및 일자리창출이 기대된다. 또한 국내 SOFC관련 부품소재산업 활성화도 함께 예상된다.
주관기관인 KIER을 비롯해 △하나AMT(금속판 가공) △포항산업 과학연구원(스택 개발) △서울대(박막전해질 개발) △울산대(반응방지막 개발) △창원대(접합기술 개발) 등 다양한 기업 및 기관, 대학이 과제에 참여한다.
이번 과제는 4년간 진행될 예정으로 1차연도에는 12억원의 정부출연금이 지원되며 총 50억원이 투자된다.
고효율·고내구성 SOFC 기술개발
이번 과제의 연구내용은 △고성능·고내구성 10×10cm 금속지지형 SOFC 셀 개발 △고효율·고신뢰성 500W급 금속지지형 SOFC 스택 개발 등으로 구성됐다.
고성능·고내구성 10×10cm 금속지지형 SOFC 셀 개발을 위해 △장기 내산화성 및 고온 전기전도도를 갖는 금속지지체 개발 △금속지지체 미세구조 최적화 △신규공정기술 개발 △금속-세라믹 계면 결합력 확보 및 계면의 전기적·전기화학적 특성 고도화기술 개발 △전해질 소결기술 개발 △고성능 전극소재 및 미세구조 제어기술 개발 △열화억제를 위한 양극 저온소결기술 개발 △제조비용 저감을 위한 저가 공정기술 개발 △성능·내구성 향상 및 제조공정 단순화를 위한 신규 셀 디자인 개발 등이 추진된다.
고효율·고신뢰성 500W급 금속지지형 SOFC 스택 개발을 위해 △효율 및 내구성 향상을 위한 CFD 기반 신규 스택구조 개발 △누설률 최소화를 위한 밀봉구조 설계 및 소재 선정 △접촉저항 최소화기술 개발 △연료이용률 향상기술 개발 △구조 및 디자인 개선을 통한 온도구배 최소화 △금속지지형 스택 성능 및 내구성평가 프로토콜 구축 △스택 전처리 및 활성화 조건 확립 및 운전조건 최적화 △1,500시간 이상 연속운전을 통한 내구성 검증 등이 진행된다.
이번 과제의 책임연구자인 이승복 KIER 박사는 “SOFC는 우수한 효율성능을 가지고 있으나 특성상 고온에서 반응하기 때문에 세라믹 전해질이 파손되기 쉽다”라며 “이번 연구는 이러한 SOFC의 내구성문제를 해결하기 위해 세라믹 전해질에 금속지지체를 적용하는 것으로 연구를 통해 SOFC의 내구성을 높임으로써 SOFC 제품신뢰성을 확보할 것으로 기대된다”고 말했다.
고체산화물 연료전지(SOFC)가 건물에너지 자립방안으로 부상함에 따라 SOFC 상용화의 가장 큰 과제인 내구성문제를 해결하기 위한 고내구성 SOFC 생산기술 국산화가 추진된다. 
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