(1) 제품설명

에너지 동력을 얻기 위한 매체가 고체연료 ( 나무, 유/무연탄등 ) 에서 액체연료 ( 원유등 )로 그리고 기체연료 ( 도시가스, LPG가스 ) 로 전개되었고 기후변화에 대응/적응하기 위한 방법으로 탄화수소계 화석 연료를 대신하여 수소에너지 매체의 관심이 세계적으로 높아지고 있습니다. 우리나라도 2022년 5월 30일 국회에서 수소법 개정안이 통과되어 수소발전 구매/공급 의무화, 청정수소인증제, 수소발전용 천연가스 특별 요금체계 적용 등이 시행될 예정으로 지금까지의 그레이수소 기반을 단기적으로는 블루수소로 장기적으로는 그린수소로 전환하면서 탄소중립을 위한 점진적인 시도가 예상되며 이에 따라서 재생에너지로부터 수소를 생산하는 기술, 수소를 연료로 하여 발전하는 연료전지 등의 수소를 이용하는 기술에 대한 많은 연구개발들이 보다 활발하게 진행될 것을 기대하고 있습니다. 수소는 상온에서 단위부피당 에너지 밀도가 매우 낮기 때문에 수소를 에너지 캐리어로 활용하기 위해서는 수소를 압축하여 저장하는 것이 필요하며 수소의 에너지 밀도를 높이기 위해서 기체 상태에서 고압으로 압축하거나, 저온에서 액화하거나, 금속 수소화물에 저장하거나, 비표면적이 큰 재료에 흡착시키는 방법 등이 있습니다만, 그 중에서 기계식 압축기를 이용하여 수소기체 상태로 압축하는 방법이 가장 많이 사용되어 왔으나 기계식 방법은 에너지 소모가 많고 구동하는 부품의 내구성 문제, 윤활유에 의한 수소의 오염, 그리고 발생하는 소음 등의 단점이 있는 것에 반하여 전기화학적 수소압축 방법은 에너지 소모량이 적고 고순도로 수소를 압축하는 것이 가능하여 최근 국내외에서 연구 개발이 수행되고 있으나 고압 내구성이 있는 전기화학적 압축기 셀-스택에 대한 선행연구가 많이 부족하여 그 동안 나라셀텍㈜에서 연료전지 및 전해조의 단셀 및 스택의 하드웨어 연구개발 경험과 실적을 통하여 축적된 기술을 기반으로 2021년부터 압축셀에 대한 구체적인 설계 및 구조해석, 재료선정, 효율향상을 위한 시도를 다양하게 진행하여 초기 시작품 전기화학적 수소 압축기 셀 개발/제작을 수행하였으나 초기 시작품 제작에서 다양한 문제점이 나타나 개선이 필요하였고 여러가지 과정을 통하여 개선 기술을 개발한 단셀 / 스택 / 대면적 셀의 전기화학적 압축기 기술을 소개합니다.

초기 단셀의 전기화학적 수소 펌프 ( Electrochemical Hydrogen Pump ) – 수소 압축기 / 수소 컴프레서 ( Electrochemical Hydrogen Compressor ) 는 내압을 위하여 원형 구조로 설계하였고 ( 40 Bar의 내압에 대한 내구성 가지기 위한 사양 ) 그 동안 실적이 있었던  오링을 이용한 고압 내구 점실링 설계 기술을 적용하였습니다.

원형 초기 시작품의 구조 설계에서 연료전지나 수전해의 단셀과 차이가 있었던 부분은 금속다공체의 도입, 가스확산층 (GDL) 의 눌림 조정, 적절한 전해질막의 선정 ( 압력 내구성 및 수소이온 전도도에 따른 선정 ) , 기타 적합한 발수처리로 물 과다 ( Flooding ) 가 발생하지 않도록 하였습니다.

이후 전기화학적 수소 펌프 ( Electrochemical Hydrogen Pump ) – 수소 압축기 / 수소 컴프레서 ( Electrochemical Hydrogen Compressor ) 의 스택은 3셀로 하기와 같은 구조로 설계하였습니다.

또한 대면적 ( 전극면적 200 Cm2 이상 ) 의 단셀은 스택으로 전개할 때에 냉각 구조 ( 공냉식 / 수냉식 겸용 ) 까지 고려하여 하기와 같이 설계하였습니다.

 

(2) 제품 종류

[ EHP / EHC Cell Test Fixture = 전기화학적 수소 펌프 / 수소 컴프레서 단셀 및 스택 ]

[ Membrane Electrode Assembly ( MEA ) for EHP / EHC = 전기화학적 수소 펌프용 MEA ]

[ EHP / EHC Cell Test System = 전기화학적 수소 펌프 / 수소 컴프레서 평가시스템   ]

 

(3) 제품 평가자료

[ EHP / EHC Cell Test Fixture = 전기화학적 수소 펌프 / 수소 컴프레서 단셀의 효율 계산 ]

[ EHP / EHC Cell Test Fixture = 전기화학적 수소 펌프 / 수소 컴프레서 단셀의 성능 ]