▲ 비나FCM이 초박형 카본 분리판을 적용해 개발 중인 PEMFC 스택(左)과 이를 활용한 연료전지 시스템 예시(右)

에너지 안보와 수소경제 확대를 위해 수소연료전지의 기술 경쟁력과 핵심 부품 국산화 중요성이 커지고 있다. 특히 연료전지 스택의 경량화와 경제성을 좌우하는 분리판 기술이 주목받는 가운데 비나에프씨엠㈜(대표 전희권)이 분리판 초박형화를 통한 장수명·저비용 PEMFC 스택 구현에 나서 수소연료전지의 적용 분야 확대와 핵심 부품 공급망 안정화에 기여할 전망이다.

연료전지 분리판·스택 전문기업인 비나FCM은 국가연구개발과제 ‘연료전지 시장 확장을 위한 장수명 저비용 PEMFC 스택 개발사업’의 주관기관으로서 기존 약 2mm 수준의 카본 분리판 두께를 0.17±0.01mm까지 낮추는 데 주력하고 있다. 분리판을 명함 한 장보다 얇은 수준으로 줄이면서도 스택의 성능과 내구성을 확보하는 것이 핵심이다.

이번 연구는 기후에너지환경부가 주관하고 한국에너지기술평가원(KETEP)이 전담하는 국가R&D사업으로 진행된다. 사업기간은 2025년 7월부터 2028년 6월까지 총 36개월이며, 총 연구개발비는 91억원(정부지원금 약 65억원)이다.

연료전지에서 스택은 전기를 생산하는 단위 셀을 수십~수백 장 적층한 핵심 장치다. 각 셀 사이에는 수소와 공기가 이동하는 유로를 형성하고 전기를 연결하는 분리판이 배치된다. 따라서 분리판의 두께를 줄이는 것은 개별 부품의 경량화를 넘어 스택 전체의 크기와 무게를 줄이고 제조성을 높이는 데 직결된다.

비나FCM은 이러한 분리판의 초박형화를 통해 스택의 경량화와 소형화를 동시에 구현하고, 연료전지 시스템의 활용 범위를 넓힌다는 전략이다. 특히 얇아진 분리판에서도 성능과 내구성을 확보하기 위해 소재와 구조 설계 기술을 함께 고도화하고 있다.

비나FCM은 미국 에너지부(DOE) 목표치를 웃도는 120S/cm 수준의 전기전도도를 갖춘 카본 복합재를 적용해 금속 분리판 대비 40% 이상 가벼우면서 내구성은 2배 이상 높은 분리판을 목표로 하고 있다. 초박형화에 따른 구조적 취약성을 보완하기 위해 열사이클과 반복 압축을 견딜 수 있도록 구조를 설계하고, 분리판과 가스켓을 일체형으로 정밀 사출해 수소 기밀성과 품질 안정성도 높인다.

원가 경쟁력 확보도 주요 개발 방향이다. 밴딩 체결 방식과 압축부 구조를 최적화해 부품 수와 조립 공정을 줄이고 제조원가를 낮추는 한편, 향후 대량 양산 자동화에도 대응할 수 있도록 설계한다. 고가의 카본 소재 사용량을 줄이는 초박형 분리판은 소재 낭비와 탄소 배출 저감 측면에서도 의미가 있다.

기술이 상용화되면 경량·소형화된 스택을 기반으로 연료전지의 적용 영역도 확대될 것으로 기대된다. 데이터센터와 통신 기지국의 비상전원은 물론 도서·산간지역과 재난 현장의 전력 공급원으로 활용할 수 있으며, 아파트와 상업용 건물의 에너지 자립형 전력·열 생산에도 적용 가능하다. 장거리 드론과 개인용 비행체(PAV)의 체공시간 확대에도 기여할 수 있다.

이번 연구에는 비나FCM을 주관기관으로 ㈔탄소수소산업연구조합(이사장 성도경), 일도에프엔씨, 평화오일씰공업, 인하대학교, 한국에너지기술연구원이 참여하고 있다. 소재·부품 기업과 대학·연구기관 간 협력을 통해 초박형 분리판 소재부터 스택 설계 및 제조기술까지 연구개발 역량을 결집하고 있다.

비나FCM 관계자는 “이번 기술 개발을 성공적으로 마쳐 수입 의존도가 높은 부품의 수입 대체 효과 및 공급망 안정성 강화에 기여하고, 수소연료전지 보급 확대에 기여하겠다”고 말했다.