보도자료

한국에너지기술연구원 보도자료

소부장 결실, 연료전지 핵심부품 국내서 대량생산 시작

  • 작성일 2022.03.24
  • 조회수 61838

- 에너지연, 고강도˙고내구성 분리판 기술 기업에 이전, 양산시작

- 연료전지 탄소복합체 분리판 양산 체계 구축

- CNT를 필러로 사용 분산 및 강화기술 개발을 통해 스택의 기계적/전기적 물성 증대

- 원료기술 및 성형기술 개발을 통한 분리판 양산화 달성

 

연료전지의 핵심 부품이자 대부분 수입에 의존했던 탄소 복합체 분리판*이 국내 연구진에 의해 원천 기술이 개발되어 중소기업 기술이전 및 지속적인 협력 끝에 국산화의 길을 열었다.

* 분리판(Bipolar Plate): 연료전지의 음극(수소)과 양극(산소)을 분리하고 전극에 공급되는 수소와 산소의 유로 역할, 전기화학 반응으로 생성된 전류를 부하에 전달하는 역할을 담당하는 부품으로 전기전도성 및 기계적 강도가 우수하며 부식에 강한 소재로 일반적으로 탄소계열 또는 귀금속이 코팅된 금속판이 사용된다.

 

한국에너지기술연구원(원장 김종남, 이하 에너지연’) 고온에너지전환연구실 정두환(UST 교원) 박사 연구진이 확보한 발전용건물용 연료전지 분리판 제조 원천기술의 씨엔티솔루션(대표 서정국) 기술이전과 에너지연의 산업연계형*, 성공후불제* 사업 공동연구를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축했다고 밝혔다.

* 산업연계형: 기업 현장의 기술수요를 전문가와 매칭시켜 산업발전과 에너지환경분야 등 사회적 문제 해결에 지원

* 성공후불제: 코로나19 장기화 속 중소기업의 수요기술을 신속 지원해 기업의 신규 사업 진출 및 매출발생 지원

 

친환경적이며 높은 효율로 발전건물수송 등 여러 분야에 걸쳐 개발적용되고 있는 연료전지의 상용화를 위해서는 소형화, 고밀도, 경량화 등을 위한 기술개발이 필요하다. 특히 분리판은 여러 개의 단위전지를 연결해 스택의 골격을 구성하는 핵심 소재로, 스택 가격의 30%, 무게의 80%를 차지해 비용절감과 무게로 인한 에너지밀도 감소 문제를 극복해야 한다.

 

이러한 상황을 인식해 연구진은 탄소나노튜브*를 이용해 고강도고내구성의 탄소 복합체 분리판을 개발했다. 기존 탄소나노튜브가 첨가되지 않는 흑연 분리판과 비교해 가볍고 높은 전도도와 강도를 가지며, 후가공 공정이 필요 없고 제조공정이 간단해 가격 저감과 양산화에 유리하다.

* 탄소나노튜브(Carbon NanoTube, CNT): 육각형 벌집모양의 탄소결합구조인 흑연판(graphene sheet)이 원통형으로 감겨진 구조로 속은 비어 있고 표면적은 넓은 특징을 갖는다.

 

연구진이 개발한 탄소 복합체 분리판은 탄소나노튜브를 첨가한 흑연을 필러(Filler)로 사용해 다양한 수지와 건식습식 혼합 공정을 거쳐 탄소나노튜브 복합체 분리판 중간 소재를 생산한다. 분말 또는 입상의 중간 소재를 열가압 성형 틀에 넣어 압력과 가열을 통해 최종 탄소나노튜브 복합체 분리판이 만들어진다.

 

연구진이 개발한 기술은 각각의 몰드를 활용해 수요기업에서 요구하는 발전건물수송 등 다양한 분리판 제조가 가능하다. 또한 전기전도도 250(S/cm), 굴곡강도 67Mpa 이상을 얻어 미국 에너지부(US DOE)에서 제시한 기술적 목표를 150% 이상 달성했으며, 260oC 고농도 인산 내구성시험에서도 전혀 부식이 없어 저온과 중온 발전용 및 건물용 연료전지 스택재료로 사용할 수 있는 성과를 이루었다*.

* US DOE 2025 Target: 미국 에너지부 Hydrogen & Fuel Cell Program에서 목표로 하는 차량용 연료전지의 정량적 목표(2025), 전기전도도 100(S/cm), 굴곡강도 40(MPa) 이상

 

연구진은 20186월 원천기술을, 20214월 양산기술을 씨엔티솔루션에 기술이전해 에너지연의 원천양산기술과 기업의 생산기술을 접목했으며, 에너지연 연구진들의 연구지도를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축할 수 있었다

 

현재 씨엔티솔루션은 연간 15,000개의 분리판을 만들 수 있는 설비를 갖추고, 개발 첫해 5억 원의 매출을 기록했다. 현재 25만개 양산설비를 구축 중이며 올해 상반기에 완료할 예정이다.

 

이 기술은 20219전기전도도와 강도가 향상된 수소연료전지용 CNT 복합소재 분리판제조 기술로 산업통산부장관으로부터 씨엔티솔루션과 에너지연이 공동으로 신기술인증을 받았으며, 씨엔티솔루션은 100대 강소기업에 선정되는 쾌거를 달성했다.

 

고온에너지전환연구실 정두환 박사는 성공적인 기술이전을 통해 대부분 수입에 의존하고 있는 탄소 분리판의 국산화가 가능하게 되었으며 정부가 추진 중인 탄소중립 실현을 위한 연료전지 보급률 달성에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

 

□ ㈜씨엔티솔루션 서정국 대표는 에너지연에서 기획진행하는 각종 연구사업을 통해, 우수한 연구 인력의 도움을 바탕으로 성공적으로 기술 개발 및 사업화를 진행할 수 있었다.”고 말했다.

 

한편, 이번 연구는 나노융합 2020 사업(우수연구성과 사업화지원사업) 및 에너지연의 자체사업인 2020 성공후불제, 2021 산업연계형 과제의 일환으로 수행됐다.

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