고체산화물형 연료전지의 저온작동화를 목적으로 한
나노구조 제어에 의한 고활성 Ni-세리아계 연료극의 개발
(주)호소카와분체기술연구소는 나노입자기술을 활용한 전극부재의 구조제어에 의해 Ni-세리아계 연료극의 고성능화에 성공, 고체산화물형 연료전지(SOFC)의 650℃이하 저온작동의 가능성을 열었다.
SOFC는 연료전지 가운데 가장 발전효율이 높아 새로운 발전시스템으로서 기대되고 있다. 그러나 종래 개발이 진행되어 오던 SOFC는 작동온도가 1000℃로 높고, 재료, 시스템의 신뢰성, 내구성과 원가의 문제가 실용화의 방해가 되었다. 따라서 작동온도를 저감시킴으로써 신뢰성 향상과 저가화를 꾀하고, 실용화를 가속화시키는 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 특히 650℃이하의 작동을 실현시키면 스테인리스 등 값싼 금속재료의 적용이 가능하게 된다.
호소카와분체기술연구소에서는 종래의 분쇄, 분급과 혼합 등의 분체기술에 덧붙여, 나노입자의 합성 및 건식 기계적 처리를 기본으로 하는 분산, 복합화 등의 나노입자기술을 활용한 구조제어에 의해 SOFC전극의 고성능화 개발을 진행해 왔다. 왜냐하면 연료전지의 전극성능은 그 구성 재료의 특성과 함께 미세구조가 크게 영향을 주어, 구성입자의 미세화, 분산, 연결과 기공경과 분포 등 구조의 최적화가 그 성능향상에 중요한 역할을 하기 때문이다. 지금까지 성과로서 종래 전극인 Ni-YSZ(Y2O3안정화ZrO2)연료극과 La(Sr)MnO3, La(Sr)Fe(Co)O3공기극의 고성능화로 700℃에서 실용적인 발전을 달성하는 대면적 지지막셀 개발을 완료했다.
그 나노입자기술에 의한 구조제어를 YSZ 종래 재료와 비교하여 활성, 도전성이 높은 세리아계 재료(SDC : Sm2O3 도프 CeO2)에 적용하여 고활성 Ni-SDC연료극의 개발에 성공했다. 이 Ni-SDC연료극을 지지막으로 하는 세리아계 셀은 600℃에서 최대출력 약 0.8W/cm2, 550℃에서 약 0.5W/cm2의 발전성능을 나타내어 SOFC의 저온작동화의 가능성을 발견할 수 있었다.
앞으로 셀의 대형화, 내구성과 연료 이용률 평가 및 재료 양산화 등의 실용화에 필요한 개발을 더욱 추진할 예정이다. 또한 본 연구의 일부는 新에너지·産業技術總合開發機構로부터 의탁을 받은 ‘세라믹리액터개발’ 프로젝트의 일환으로서 실시된 것이다. (CJ)

소형 ‘산화물형’ 연료전지 시제품 개발 
570도에서도 발전효율 높아
산업기술총합연구소 기능모듈화 연구그룹의 鈴木俊男 연구원은 종래보다 저온에서 작동하는 소형의 고체산화물형 연료전지(SOFC)를 시작하는데 성공했다. 지금까지에 비해 200도 정도 낮은 섭씨 170도에서 작동시켜서 세계 최고 수준의 발전효율을 달성할 수 있었다. 2, 3년 후의 실용화를 목표로 하고 있다.
시작한 연료전지는 셀이 원통형으로 길이 약 1센티미터, 외경 0.8~1.6밀리미터로, 수소를 연료로 하여 섭씨 570도로 셀을 가열하여 작동한 결과, 실용 수준을 넘는 1평방미터 당 1와트의 발전이 가능하다는 것을 확인했다.
지금까지는 같은 발전효율을 달성하려면 셀을 섭씨 800~900도로 가열할 필요가 있었다. 이로써 보다 저온에서 발전할 수 있게 됨으로써 단열재료 등 장치에 필요한 재료가 적어지게 되어 원가 삭감과 소형화가 가능하게 되리라 보고 있다.
연구팀은 기간부품이 되는 전해질에 세라믹스의 일종인 세리아계 재료를 채용하여 저온동작을 가능하게 했다. 종래는 내구성 등이 낮아서 전해질에 대한 적용이 어려웠으나 섭씨 1300도 정도로 가열처리하는 등 독자의 가공기술로 극복했다. 종래의 지르코니아계 세라믹스와 비교해도 재료·가공원가는 변함이 없다고 한다. 시작한 SOFC는 570도로 가열해야만 하므로 단열재 등을 도입할 필요가 있으나, 발전부는 각설탕 정도의 크기로 노트북 컴퓨터의 구동이 가능하게 된다.
연료전지 자동차에 채용되어 있는 고체고분자형연료전지(PEFC)에 비해 에너지 변환효율을 2배 정도 높일 수 있는 등의 장점이 있다. 고온에서 동작하므로 자동차에 대한 적용은 어렵지만 가정의 분산형 전원 등 대형 타입에 적용할 수 있으리라 보고 있다. (일경산업)

연료전지용 지상(紙狀) 촉매 개발, 수소제조 효율 2배로
九州大學 대학원 농학연구원의 北岡卓也 조교수와 에프씨씨는 연료전지용 수소를 고효율로 제조할 수 있는 지상의 촉매를 개발했다. 종이를 뜨는 기술을 이용하여 분말상 촉매를 지상으로 성형하여 가공성과 촉매반응을 높였다. 페렛상의 촉매와 비교해서 제조효율은 2배가 되었다고 한다. 2년 후의 실용화를 목표로 하고 있다. 메타놀 등 수소를 포함하는 천연물질원을 지상의 촉매로 개질하여 수소를 제조하는 구조이다. 지상의 촉매는 두께 약 1밀리미터로, 다수의 구멍(3마이크로-20마이크로미터)을 가진 다공질 구조체이다. 재료로 식물섬유를 사용함으로써 종이뜨기에 의한 성형을 가능하게 했다. 촉매를 접을 수 있는 등 가공성이 높아 개질기의 경량화를 꾀할 수 있다. 앞으로 사업화를 위해 공동개발을 원하는 기업을 모집한다. 일반적으로 연료전지용 수소는 석유나 천연가스 등의 촉매로 개질하여 제조하고 있다. 그러나 분말상 촉매는 반응제어가 어렵고, 페렛상이나 벌집모양의 촉매는 촉매반응이 저하되었다고 한다. (NK)

모바일 연료전지용 소형 개질기 개발
(주)東芝는 액체연료에서 수소를 분리시키기 위한 고성능 소형 개질기의 시작에 성공했다. 시작한 개질기는 약 10cm3로 소형이면서 연료전지로 발전을 하면 20W정도의 발전능력에 상당하는 240cm3/min의 수소를 발생시킬 수 있다. 액체연료로서는 메타놀이나 디메틸에테르(DME)등을 이용하여 하기 반응식에 의해 수증기 개질반응으로 수소를 발생한다.
소형개질기 내부는 깊이 6mm, 폭 150㎛의 금속제 평행유로가 형성되어 있고, 유로 벽면에는 연료를 수소로 개질하기 위한 Pt계 촉매를 담지하고 있다. 우리들은 이 소형개질기를 마이크로 채널 리액터라고 부르고 있다. 마이크로채널 리액터를 형성함으로써 1)원료가스의 채널 벽면에 대한 확산 촉진, 2)벽면에 대한 전열촉진, 3)촉매비표면적 향상, 4)압력손실저감을 실현했다. 금속재료를 기계 가공함으로써 리액터를 형성하고 있기 때문에 통상의 마이크로 리액터 형성에 이용되는 유리나 Si를 사용한 MEMS프로세스에 비해 가공이 용이하며 동시에 싼값에 리액터를 제족할 수 있다. 이 마이크로 채널 리액터에 연료로서 DME와 물을 공급하여 개질하여 240cm3/min의 수소를 발생시키는데 성공했다. 개질가스 속에는 3%의 CO가 포함되어 있었는데, CO시프트 촉매, 선택 메탄화 촉매를 담지한 마이클 채널 리엑터로 CO농도를 60ppm으로 저감시켰다. 개질온도는 350℃인데, 슬림(薄肉) 단열기술을 이용하기 때문에 단열재 표면 온도는 50℃ 이하로 했다. 단열재를 포함한 개질, CO저감부의 체적은 약 150cm3로 손바닥에 얹을 수 있는 크기이다. (CJ)

UQM, Altair 기술 제휴
UQM Technologies Inc.와 Altair Nanotechnologies inc는 전략적인 제휴를 맺어 첨단 운송 제품과 기타 잠재력있는 시장을 개발하기로 하였다. 이번 제휴는 UQM의 전기 모터, 발전기와 발력 제품과 Altair의 NanoSafeTM 배터리 팩을 합치는 것을 주요 골자로 하고 있다. 운송 시장은 급속한 기술 발전을 겪을 것으로 예상되어 운송 수단의 전기화(electrifacation)를 이루게 될 것이다. 그 결과 전기 운송에 보다 넓은 폭의 제품 라인이 형성되고, 전기  기타 관련 시장 추진, 발전, 전력 관리 그리고 변환과 on-board 에너지 저장을 포함하는 시장에 발전을 가져올 것으로 기대하고 있다. UQM 과 Altair는 현재 Boshart Engineering에 의해 조립되고 테스트 될 Phoenix Motocar Inc.의 전전기(all-electric) 스포츠 유틸리티 트럭(SUT)를 개발하고 생산하기 위해 공동 연구중이다.
Phoenix의 전전기 SUT는 100kW UQM 전기 추진 시스템에 의해 전원이 공급되는데 400ft-lb 토크이상을 내며 0에서 60mph까지 10초 이내에 도달하며 최고 100mph의 속력을 내고, 시스템 최대 효율이 94%를 넘는다.
자동차의 35kWh NanoSafeTM 배터리 팩은 10분 이내에

 충전되고, 한번 충전에 135마일을 주행할 수 있다. (ACB)

AMSC, 중국 시장을 겨냥한 풍력 발전 시스템 개발
미국 초전도체사(AMSC)의 자회사인 Windtec는 수백만 달러 규모의 풍력 시스템을 중국의 Sinovel Wind 사와 공동 개발하기로 서명하였다고 발표하였다.
AMSC는 같은 조건에서 Sinovel에게 풍력 발전 시스템의 전기적 부품을 공급할 우선권을 가진다. 2005년 이래로 Sinovel은 Windtec로부터 1.5MW에 해당하는 785개의 풍력 시스템의 전기부품을 주문해왔다.
Windtec와 Sinovel은 Sinovel이 시장에 판매할 예정인 3, 5MW 풍력 발전 시스템을 디자인하고 공동 개발해왔다. Sinovel은 이 계약을 통해 독점적인 소유권을 가지고 대규모 해변 또는 비해변 풍력 터빈에 대한 지적 소유권과 산업적인 재산을 가지게 되어 시장에서 이미 상위를 차지하고 있는 기업들과 효과적인 경쟁을 할 수 있게 되었다.
“우리는 2007년에 건설할 500개의 풍력 발전과 2008년에 800개의 풍력 발전소를 만들어, 2010에는 연간 100개의 풍력 발전에 도달하는데 Wintec와 발전된 관계로부터 많은 이득을 얻을 수 있을 것이라고 기대하고 있습니다”라고 Sinovel의 사장인 Han Junliang이 말했다. Sinovel은 2009년에 3MW급의 풍력 발전 시스템 시리즈 생산을 시작하고, 그 다음해에는 5MW 시스템 시리즈를 생산할 계획을 가지고 있다. 중국의 가장 큰 발전 회사인 중국의 Huaneng에 따르면, 풍력발전의 발전 용량을 증가시키기 위해 2020년까지 360억 달러가 투자될 것이라고 한다. 중국 정부는 중국 풍력 발전에 사용되는 장비중에 최소 70%의 장비가 중국에서 생산된 것이어야 한다는 명령을 내렸다. 최근 지구 풍력 에너지 회의의 보고에 따르면 중국의 풍력 발전은 2006년에 107%까지 성장하여 2600MW에 이른다고 한다. 승인된 프로젝트의 리스트에 따르면 공사중인 풍력 발전소가 완공되면 2007년에는 1500MW가 추가될 것이라고 한다. 중국은 2010년 말까지 5000MW의 발전 용량을 갖는 것을 목표로 하고 있다. (ACB)