수전해 셀 성능·효율 평가 장치.
한국에너지기술연구원(원장 김종남, 이하 에너지연)은 수소연구단 김창희 박사 연구진이 수소를 생산하는 수전해 장치의 성능과 효율을 정밀하게 평가할 수 있는 장비를 개발했다고 지난 15일 밝혔다.
물을 전기 분해하는 수전해 장치는 수소와 산소가 각각 발생하는 음극·양극 사이에서 이온을 전달하고 수소, 산소 가스의 혼합을 막아주는 역할을 하는 분리막으로 구성된 ‘수전해 셀’의 집합체다. 수전해 장치의 효율은 수전해 셀의 성능에 의해 좌우된다.
국내 평가 장비는 전류를 흐르게 했을 때 나타나는 수전해 셀의 전압만을 측정하는 방식으로 성능과 효율을 평가하는데, 실제 수소와 산소 생산량을 정량적으로 검증할 수 없기 때문에 운전되는 전류 밀도 범위에 따라 부정확한 성능 및 효율 평가가 발생할 수 있다. 또 수전해 셀의 경우 낮은 전류 밀도에서 운전될 때 수소와 산소 가스가 혼합될 확률이 매우 높아지는데, 이는 부정확한 전압 효율 측정을 유발하는 대표적인 운전 환경 중 하나다.
연구진은 통상적인 전압 효율 측정과 더불어 수전해 셀 운전 시 생성되는 수소, 산소 가스의 유량과 농도를 실시간으로 측정해 전류 대비 생성된 수소의 양(전류 효율)까지 동시에 정밀하게 분석할 수 있는 평가 장비를 자체 개발했다. 해당 장비를 이용하면 수전해 셀이 운전되는 동안 생성된 수소와 산소 가스에 대한 정보를 실시간으로 쉽게 모니터링 할 수 있고 날씨에 따라 전기 생산량의 변화가 심한 태양광, 풍력 등의 재생에너지와 연계됐을 때 수전해 셀의 응답성과 신뢰성을 검증할 수 있다.
이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 기후변화대응기술개발사업과 수소에너지혁신기술개발사업의 하나로 에너지연은 지난해 10월 수경화학에 기술이전을 완료했다. 수경화학은 연구원으로부터 받은 기술이전을 통해 평가 장치 기술개발에 소요되는 막대한 투자비용과 시간과 인력을 절감했다.
김창희 에너지연 책임연구원은 “이번 평가 장치 개발은 연구 현장에서 필요로 하는 요소 기술이 반영된 평가 장치를 연구원에서 자체적으로 구현했다는 데 그 의의가 있다”며 “해외 선도 기업 제품 대비 저렴한 가격으로 제작이 가능해짐에 따라 국내 수전해 평가 장치의 보급에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
