GIST 이재영 교수팀, 성능 저하 원인 규명…안정적 전력생산 일조 “석탄전지 효율 극대화 새 패러다임 제시” 박은성 기자 pes@kjdaily.com

2017년 06월 29일(목) 20:00

“안정적 에너지원 확보의 새로운 패러다임을 전개할 수 있는 계기를 마련했다는데 큰 의미를 두고 있습니다.”

이 지역 대학 교수팀이 석탄전지의 성능 저하 원인을 규명해 석탄전지 운전 효율을 극대화할 수 있는 새로운 패러다임을 제시, 주목을 끌고 있다.

주인공은 GIST(광주과학기술원) 지구·환경공학부 이재영 교수팀.

29일 GIST에 따르면 이 교수팀이 다음 세대 자발적 전기에너지 생산 시스템으로 주목받고 있는 석탄탄소연료전지(이하 석탄전지)의 성능저하 원인을 규명하는 데 성공했다.

이번 성과는 다양한 석탄, 폐커피 분말, 활성탄 등의 탄소계 물질 중 운전효율을 극대화할 수 있는 연료를 선택 및 사용할 수 있도록 규격을 제시했다는 점이다.

석탄전지는 카르노순환(열역학적 에너지 순환과정)에 지배 받지 않는 열역학적으로 우수한 전력생산 장치로써, 높은 효율, 구조적 단순성, 연료 유연성 등의 다양한 이점이 있어 차세대 고온형 연료전지로 주목받고 있다. 하지만 종종 관찰되는 비정상적인 성능저하 때문에 연료전지 운전에 어려움을 겪었다. 또 일반적으로 작동온도가 상승함에 따라 연료전지 전력생산 성능이 향상돼야 하지만 온도 상승에도 불구하고 종종 성능저하가 관찰된데다, 성능저하 극복이 석탄전지 운전에 있어서 해결해야 할 과제로 남아 있었다.

이에 연구팀은 그동안 석탄전지 실용화의 가장 큰 걸림돌이었던 성능저하 원인을 밝히는데 성공했다. 아울러 탄소연료 물성(물질이 가지고 있는 성질)과 석탄전지 성능의 상관관계를 규명한데 이어 더 나아가 성능 최적화 방안도 제시했다.

또한 탄소 증착으로 인해 성능이 감소했을 경우 전기부하 조절로써 이온의 이동을 촉진해 성능을 최적화할 수 있다는 점과 전극 열화로 성능이 감소했을 경우 전극으로 공급되는 산소의 양을 제어해 성능을 최적화할 수 있도록 했다.

이 교수는 “이번 성과는 석탄전지 운전에 적합한 연료 규격을 제시함으로써 본 기술을 활용한 전력생산 실용화에 기여할 것으로 생각한다”며 “이를 토대로 본 기술의 성능저하 해결방안을 제시함으로써 운전 효율을 극대화해 안정적 전력생산에 일조할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이 교수 연구팀의 연구는 광주과학기술원 차세대 에너지 분야 원천 기술 개발의 지원으로 수행됐고, 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 Chemical Engineering Journa의 27일자 온라인판에 게재됐다. /박은성 기자 pes@kjdaily.com