▲ 연구진이 제작한 CNT 탄소복합체 분리판의 특성에 대하여 논의하고 있다

연료전지의 핵심 부품이자 대부분 수입에 의존했던 탄소 복합체 분리판이 국내 연구진에 의해 원천 기술이 개발돼 중소기업 기술이전으로 국내 양산을 시작한다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남, 이하 에기연)은 고온에너지전환연구실 정두환(UST 교원) 박사 연구진의 발전·건물용 연료전지 분리판 제조 원천기술이 씨엔티솔루션(대표 서정국)에 기술이전되며 협력을 통해 양산을 시작했다고 24일 밝혔다.

높은 효율에도 친환경적인 연료전지의 상용화를 위해서는 소형화, 고밀도, 경량화 등을 위한 기술개발이 필요하다. 특히 분리판은 여러 개의 단위전지를 연결해 스택의 골격을 구성하는 핵심 소재다. 스택 가격의 30%, 무게의 80%를 차지해 비용절감과 무게로 인한 에너지밀도 감소를 극복해야 한다.

연구진은 탄소나노튜브를 이용해 고강도·고내구성의 탄소 복합체 분리판을 개발했다. 기존 흑연 분리판과 비교해 가볍고 높은 전도도와 강도를 가지며, 후가공 공정이 필요 없는 등 공정이 간단해 비용저감과 양산화에 유리하다.

탄소나노튜브를 첨가한 흑연을 필러로 사용해 다양한 수지와 건식·습식 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.

개발한 기술은 각각 몰드를 활용해 수요기업에서 요구하는 발전·건물·수송 등 다양한 분리판 제조가 가능하다. 또 전기전도도 250(S/cm), 굴곡강도 67Mpa 이상을 얻어 미국 에너지부에서 제시한 기술 목표를 150%이상 달성, 260oC 고농도 인산 내구성시험에서도 부식이 없어 저온과 중온 발전용 및 건물용 연료전지 스택재료로 사용할 수 있다.

연구진은 2018년 6월 원천기술을, 지난해 4월 양산기술을 씨엔티솔루션에 기술이전해 에너지연의 원천기술과 기업의 생산기술을 접목, 연구지도를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축했다.

현재 씨엔티솔루션은 연간 15,000개의 분리판 생산 설비를 갖추고, 개발 첫해 5억원의 매출을 기록했다. 현재 25만개 생산 설비를 구축 중이며 올 상반기에 완료 예정이다.

이 기술은 2021년 9월 ‘전기전도도와 강도가 향상된 수소연료전지용 CNT 복합소재 분리판제조 기술’로 산업통산부장관으로부터 ㈜씨엔티솔루션과 에너지연이 공동으로 신기술인증을 받았으며, ㈜씨엔티솔루션은 100대 강소기업에 선정되는 쾌거를 달성했다.

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