[가스신문 = 양인범 기자] H2뷰에 따르면 일본 연구진이 수소 기반 배터리와 연료전지의 안전성, 효율성, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 고체 전해질(물 등의 용매에 녹아서 전류를 흐르게 하는 물질)을 개발했다고 밝혔다.
일본의 RIKEN 선구 연구소의 연구팀은 고체 전해질이 실온에서 수소화물 이온을 운반할 수 있게 해주었다고 말했다. 수석 연구원인 겐키 고바야시는 연구팀이 ‘진정한 이정표를 달성했다’고 말했다.
상온에서 란탄 수소화물을 실험한 결과, 연구팀은 효율적인 전도가 불가능하다는 것을 발견했다. 하지만, 연구팀은 란탄의 일부를 스트론튬과 소량의 산소로 대체하면서 돌파구를 마련했다. 연구원들은 수소화물 이온이 높은 속도로 전도될 수 있다는 것을 발견하고 새로운 재료와 티타늄으로 만들어진 고체 연료전지에서 스트론튬과 산소의 양을 달리하여 그 성능을 시험했다.
결국 티타늄이 티타늄 수소화물로 100% 전환되는 것을 관찰했는데, 이는 ‘거의 0’의 수소화물 이온이 낭비되는 것을 의미한다.
고바야시 교수는 “단기적으로는 수소 이온 전도성 고체 전해질의 재료 설계 가이드라인을 제시하는 결과”라며 “장기적으로는 수소를 이용해 작동하는 배터리, 연료전지, 전해전지 개발에 변곡점이 될 것으로 본다”고 말했다.
현재의 많은 수소 연료전지는 수소가 고분자 막을 통해 한 쪽에서 다른 쪽으로 전달되도록 함으로써 작동한다. 이러한 시스템은 배터리와 연료전지 설계에 ‘복잡성과 비용’의 층을 추가하면서 물을 필요로 하는데, RIKEN은 ‘차세대 수소 기반 에너지 경제의 실용성을 제한한다’고 말했다.
연구팀은 개발의 다음 단계는 성능을 향상시키고 수소를 가역적으로 흡수하고 방출할 수 있는 전극 재료를 만드는 것이 될 것이라고 말했다.
[수소뉴스 = 한상원 기자]에이치앤파워가 수소연료전지와 온사이트 수소추출기 인증제품을 동시에 보유한 국내 유일 기업으로 자리잡았다.
에이치앤파워(주)는 지난달 1일 수소 경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률에 의거하여 수소추출기(Hy G™-10, 이하 하이지) 제품이 한국가스안전공사(KGS) AH171 설계단계검사를 합격했다고 밝혔다.
이번 온사이트 수소추출기의 한국가스안전공사 인증은 수소 생태계 측면에서도 수소의 전주기 기술을 확보한 것으로, 단일 기업에서 생산부터 활용까지 수소 밸류체인을 해결할 수 있는 선두 기술을 확보했다는 의미가 있다.
수소추출기(하이지) 제품은 한국가스공사와 한국에너지기술평가원의 R&D 과제 지원으로 개발한 수소추출기이며, 도시가스를 연료로 하여 수소를 추출하는 제품으로 탈황기, 개질기 및 정제기를 포함하고 있고 정제 후 배기가스에 남은 열원을 회수하여 수소추출을 극대화한 장비이다. 설계단계검사로 제품의 수소 품질성능, 생산효율, 생산량, 연료 소비성능 등을 시험 검사했으며 해당 항목들을 모두 통과했다.
또, 도시가스를 수증기 개질 반응을 통해 개질, PSA를 통해 정제하여 수소를 10Nm3/h 유량(약 20kg/day)으로 생산하는 제품이다. 수소 내 불순물 농도는 CO 0.2ppm 이하, CO2 2ppm 이하, CH4 2ppm 이하로 99.999%(5N)의 수소를 추출할 수 있으며, 수소전환효율이 67%에 달해 고순도, 고효율의 수소생산이 가능하다. 수소공급문제가 심각한 현시점에서 도심에 분산형 수소공급장치로서 중요한 역할을 할 수 있다.
에이치앤파워 관계자는 “10Nm3/h(약 20kg/day) 수준의 수소생산량을 가진 이 제품은 소형 굴착기, 지게차 등의 산업용 모빌리티와 수소 자전거, 오토바이, 킥보드, 드론 등 소형 모빌리티에 적합하다”고 말하면서, “향후 직접수소 연료전지와 연계하여 도심형 미니 충전/발전소를 구축할 계획이며, 이는 분산형 발전시장에서 수소공급 허브 역할을 수행할 수도 있다”고 강조했다.
한편, 에이치앤파워는 현재는 도시가스를 원료를 사용하지만, 향후 폐비닐과 폐플라스틱에서 추출한 열분해유를 이용한 수소생산기술도 개발 중에 있다.
TIANJIN, Jan. 1 (Xinhua) -- Chinese scientists have developed a proton exchange membrane fuel cell with ultra-high volumetric power density, more than 80 percent higher than the performance of mainstream counterparts.
Jiao Kui, a professor at Tianjin University's School of Mechanical Engineering, and his team redesigned the proton exchange membrane fuel cell's architecture, incorporating new components and optimizing the gas-water-electric-heat transfer routes.
The team created an ultra-thin and ultra-high power density fuel cell. They eliminated traditional gas diffusion layers and flow channels by using ultra-thin carbon nanofiber film produced by electrospinning technology and metal foam.
This progress has contributed to a 90 percent reduction in the thickness of the membrane electrode assembly and a 80 percent reduction in mass transfer losses caused by reactant diffusion, nearly doubling the volumetric power density of the fuel cell.
The research team estimates that the peak volumetric power density of the fuel cell stack using the new structure will reach 9.8 kilowatts per liter.
Hydrogen fuel cells are regarded as one of the most promising technologies in the application of hydrogen energy. Increasing their volumetric power density, however, remains a significant technical challenge.
This breakthrough not only provides pivotal guidance for advancing proton exchange membrane fuel cell technology, but it also indicates a promising leap forward in the field of clean energy.
On Thursday, the findings were published in the international authoritative energy research journal Joule.
The drawbacks of conventional channel-rib flow fields and gas diffusion layers (GDLs) significantly limit the mass transfer and water management capability of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), impactingvolumetricpower density. We report a GDL-less design of electrode-flow field integration comprised of graphene-coated Ni foam and ultrathin (9.1 μm)carbon nanofiberfilm as an alternative to conventional channel-rib flow fields and GDLs, which substantially reducesmembrane electrode assemblyvolume (90%), reactant transport distance (96%), and concentration impedance (88.6%), resulting in a remarkable 50% power density increase. The GDL-less design provides an effective strategy for the rational design of integrated electrode-flow field and will guide the future development of PEMFCs for their practical applications in energy conversion technologies. We estimate that the peakvolumetricpower density aPEMFC stackemploying GDL-less design can achieve is 9.8 kW L−1, representing an increase of more than 80% compared with the state-of-the-art commercialPEMFC stack.
-서부산 SK V1 지식산업센터에 국내 최초 중대형 고체산화물 연료전지(SOFC) 적용∙∙∙면적 기준 국내 최대규모 제로에너지건축물 예비인증 사례 -제로에너지건축물 달성 최적 솔루션 ’연료전지’∙∙∙기존 태양광 등 분산발전원 대비 ‘高효율∙小면적’
SK에코플랜트는 현재 시공중인 ‘서부산 SK V1 지식산업센터’가 제로에너지건축물(Zero Energy Building, 이하 ZEB) 예비인증을 취득했다고 28일 밝혔다.
ZEB인증제도는 2014년 신축 건물부문의 온실가스 감축을 위해 정부가 수립한 ‘녹색건축물 기본계획’ 정책에 따라 건축물의 에너지자립률을 인증하는 제도로, 2017년부터 본격적으로 시행 중이다. 정책 로드맵에 따라 2020년부터 신축 공공 건축물의 ZEB 인증 취득이 의무화됐으며, 내년부터는 신축 민간 건축물에도 의무화가 확대 적용될 예정이다.
서부산 SK V1 지식산업센터는 국내 최초로 일반건축물(비주거)에 중대형(10kW 초과) 고체산화물 연료전지(SOFC)를 도입해 ZEB 예비인증 획득에 성공했다. 연료전지 660kW 및 태양광발전설비 103.6kW을 복합도입해 에너지자립률 24.9%를 인증 받았으며 이는 ZEB 5등급에 해당한다.(에너지자립률 20~40%) 인증 대상 건축물 연면적은 약 16만5천m2로 일반건축물 ZEB 인증 사례 중 역대 최대규모다. 연료전지와 태양광을 통해 생산된 전기는 건물 공용전력 용도로 사용되며, 연료전지 가동 시 발생하는 폐열도 탑재된 열회수모듈을 통해 급탕 용도로 활용될 예정이다.
이번 ZEB 인증 취득의 핵심인 중대형 고체산화물 연료전지는 천연가스에서 수소를 추출해 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 고효율∙저탄소 신재생 분산발전원이다. 기존 ZEB 인증에 주로 활용되는 태양광∙BIPV(건물일체형 태양광시스템)∙소형 연료전지 등의 경우 연면적 약 7만m2이하 규모의 중소형 건축물에 효과적이며, 이를 활용한 플러스제로에너지빌딩(에너지자립률 100% 초과)인증 사례도 있다. 그러나대형 건축물의 경우 고층 위주로 조성되는 국내 대형 건축물 특성상 기존 분산발전원으로는 설치면적 대비 발전량에서 ZEB 인증에 한계가 있었다. 중대형 고체산화물 연료전지는 태양광발전설비와 비교했을 때 약 10분의 1 규모 설치면적만 확보돼도 비등한 발전량 확보가 가능해 대형 건축물 ZEB 달성의 최적 솔루션이 될 수 있다.
중대형 고체산화물 연료전지는 미국 등 해외에서는 이미 도심지 내 업무시설, 주거시설 등 다양한 건축물에 설치∙운영 중이다. 국내에서도 10kW 이하 소형 연료전지를 활용한 ZEB 인증사례는 있었으나, 중대형 고체산화물 연료전지를 도입해 인증을 획득한 것은 이번 서부산 SK V1 지식산업센터가 최초다. 이번 인증 사례를 발판삼아 앞으로 더욱 중요해질 국내 대형 일반건축물 ZEB 인증 시장 선점도 기대된다.
한편 SK에코플랜트는 2018년부터 미국 연료전지 선도기업 블룸에너지와 긴밀한 협력체계를 구축하고 국내외에서 연료전지 사업을 활발히 펼치고 있다. 지난 3월 미국 코네티컷주 소재 스탬퍼드 병원 등 의료시설 2곳에 블룸에너지와 협력해 연료전지를 공급 및 설치하기도 했다.
송영규 SK에코플랜트 에코스페이스BU대표는 “앞으로도 ZEB를 비롯한 사업 전반에 차별화된 솔루션 확보를 통해 새로운 가치를 담을 수 있는 공간을 만들 것”이라며 “정부의 분산에너지 활성화 및 순환경제 정책 강화에 적극적으로 부응해 사업을 전개해 나가겠다”고 밝혔다.
