▲ 개발된 80mm 각 평판의 양성자 전도성 세라믹 연료 전지 (PCFC) (출처 : NEDO)

일본의 연구진이 양성자 전도성 세라믹을 이용한 실제 크기의 연료 전지 제작에 성공했다.

일본의 신에너지종합개발기구(NEDO)는 80mm 크기의 양성자 전도성 세라믹 연료 전지(PCFC) 제작에 성공했다고 지난 4일 밝혔다.

PCFC은 이론적으로 발전 효율 75%를 달성 할 수 있는 가능성을 가지고 있지만, 양성자 전도성 세라믹스의 제작은 1,700℃ 이상의 고온 소성이 필요하며, 지금까지는 50mm 이상의 각을 가진 대형화가 어려웠다.

이에 국립 연구 개발인 산업 기술 종합 연구소와 파나소닉, 일반 재단법인 파인 세라믹스 센터, 일본 대학 등은 양산 가능한 제조 공정 소결 기술 개발등의 연계 연구에 들어갔다.

연구진은 소결조제(세라믹의 소결을 촉진할 첨가제)를 포함, 연료극 지지체(양극에서 기계적 강도 유지)와 박막 전해질을 공동 소성하는 과정에서 입계편석(불순물 또는 합금 원소가 다결정 재료의 결정 입계에 편석 현상)하지 않고 전이 금속을 우선적으로 전해질 중에 완전 고용시키는 확산 소결법을 고안했다.

이 소결법에 의해 1,500℃에서 소결 100% (밀도 99% 이상), 가스리쿠(전해질 층 사이로 가스가 확산하는 것)이 없는 치밀한 전해질 층을 얻는 데 성공하고 실제 크기의 PCFC의 제작을 실현했다.

또한 연료극에 BaZrO3계 재료의 얇은 층 전해질을 선택하고, 공기극 측에 높은 양성자 전도성을 갖는 전자 누수 차단 얇은 층을 적층시키는 방법 고안해 CO² 내구성과 전자 누수 억제를 양립시켰다.

연구진은 기존 SOFC의 발전 특성은 700~750 ℃, 0.85V 작동 전류 밀도가 0.2 ~ 0.3A/cm²정도 이나, 개발한 PCFC 발전셀(평가용으로 제작한 50mm 크기)은 600℃에서도 0.85V 부근에서 전류 밀도 0.3A/cm² 이며, SOFC보다 발전 특성이 우수한 것으로 확인됐다고 밝혔다.

연구진은 향후 단일셀 쇼트 스택의 효율성 평가에 의한 과제 추출하고 초고효율 PCFC의 실증을 위한 연구를 더욱 추진해 차세대 분산 전원으로 활용을 기대할 수 있도록 한다는 계획이다.