1KW급 중온작동 SOFC발전 시스템
100시간 이상의 연속정격운전에 성공

三菱매터리얼(주)와 關西電力(주)는 2001년도부터 공동으로 중온작동 고체산화물형 연료전지(Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell, IT-SOFC)의 개발에 참여해 왔는데, 얼마 전, 코제네레이션 시스템 데몬스트레이션용으로 시작한 1KW급 발전시스템의 최초 내구실험을 성공리에 마쳤다. 이 실험에서는 시판되는 도시가스를 연료로 하며 정격출력인 교류 1KW에서 안정된 열 자립연속운전을 1000시간 이상 계속했다. 내구성의 지표인 출력전압의 저하는 이 기간 중 관찰되지 않았으며 따라서 전압저하율은 0%/1000시간이었다.
세라믹스제 발전 셀이 이 IT-SOFC
의 심장부에 해당하는데, 셀의 전해질에는 1993년에 大分大學의 石原達己 조교수(九州대학 교수)의 연구팀이 발견한 랜턴카레이트계 산화물 이온 전도체를 베이스로 하여 조성 적정화를 꾀한 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ를 이용하고 있다. 아노드(연료 극極)에는 Ni-Ce0.8Sm0.2O2-δ 서메트를, 또 캐소드(공기 극極)에는 Sm0.5Sr0.5
CoO3-δ를 채용하고 있다. 전해질의 조성 적정화로 산화물 이온 전도의 저온특성의 향상을 꾀한 이외에, 전극의 다공질 미크로 구조를 개량함으로써 전극과 전압의 저감을 실현하여 작동온도를 종래형 SOFC의 900~1000℃에서 700℃정도까지 낮추는데 성공했다. 600~800℃라는 온도역은 도시가스 등 탄화수소계 연료의 수증기 개발과 스테인리스 구리계의 비교적 값싼 구조재료 사용이라는 두 가지 메리트를 동시에 향수할 수 있는 온도범위이다. 또한 이 온도역에 대한 전극의 구조안정성의 향상 등도 연구하여 내구성 향상을 도모하였다.
이번의 내구실험에 사용한 1KW급 발전시스템은 유효 직경 120mm, 전해질 두께 200㎛의 자립막식 디스크형 평판셀을 46장 적층한 스태크를 1기 수납한 발전 듈, 배열회수 유닛, DC/AC인버터, 자동제어 유닛 등으로 구성되어 있다. 내구실험 중의 평균 스태크 온도는 765℃, 발전효율은 45.3% LHV(AC발전단, 發電端)이었다.
앞으로는 더욱더 내구성의 향상, 발전효율의 향상 이외에, 특히 대용량화에 힘을 기울여 2006년도 말경에 10K
W급 IT-SOFC발전 모듈을 실현할 계획이다.                          (CJ)

고체고분자형 연료전지용 소재 개발, 높은 내식성에 저가 특징
大同特殊鋼은 자동차 등에 사용되는 고체고분자형 연료전지용 신소재 ‘나노크래드’를 개발, 공급을 시작했다. 가격은 종류 주류인 카본계 소재에 비해 10분의 1 정도로 싸고, 내식성도 우수하다고 한다.
이 신소재를 사용하면 소형화가 요구되고 있는 연료전지 본체 부분의 스태크를 종래의 반 정도 크기와 중량으로 낮출 수 있다고 한다.
이 소재는 연료전지로 발생한 전기를 모으는 역할 등을 하는 세퍼레이터라고 불리는 부품용으로 사용된다.
연료전지는 세퍼레이터를 적층하여 스태크를 구성하고 있다. 이 소재는 모재(母材)인 스테인리스에 특수한 접착기술을 굿하여 금 박막을 표면에 피복하여 내식성 등을 높였다는 것이 특징이다. 지금까지 사용되고 있는 카본계 소재는 내식성이 우수한 반면, 강도가 부족했다. 따라서 두껍게 만들어야 하므로 스태크를 소형화할 수 없다는 단점이 있었다.
이 회사는 이미 월간 10톤을 생산할 수 있는 나노 크래드의 제조설비를 자사 공장 내에 설치했다.        (NK)

색소증감 태양전지의 새 타입 개발, 전해질에 폴리머 사용
橫浜國立大學 공학연구원의 渡正義 교수 연구팀은 차세대 태양전지로서 기대되는 ‘색소증감 태양전지’에서 전해질에 폴리머를 사용하는 새 타입을 개발했다. 전해질에 유기용매를 사용하는 종래품에 비해 안전하며 내구성도 높다고 한다. 손목시계나 컴퓨터 등 전자기기에 응용할 수 있을 듯하다.
새로 개발된 전지는 폴리에틸렌 텔레프타레이트(PET)의 필름 2장에 이온을 전달하는 성질을 가진 폴리머를 끼운 구조이다. 두께 약 0.4밀리미터로 접어서 사용할 수 있다.
세로 5밀리미터, 가로 9밀리미터의 실험용 전지로 성능을 시험할 경과, 빛을 전기로 바꾸는 효율(광전변환효율)은 3.6%였다. 1000시간 사용해도 품질이 열화되지 않는다는 것도 확인했다. 세로 10센티미터, 가로 5센티미터의 타입도 시작이 끝나 앞으로 성능을 자세하게 조사할 것이다.
폴리머의 본체는 ‘폴리비닐 필리디늄 유도체’라고 하는 고분자이다. 색소를 흡착시킨 산화티탄 미립자를 내부에 포함한다. 색소가 빛을 흡수하여 발전하는 구조이다.
색소증감 태양전지는 전해질에 유기용매를 사용하는 타입의 개발이 진행되고 있다. 광전변환효율은 이번에 개발한 전지의 2배 이상이다. 단 유기용매에는 휘발성이 있어 전지가 열화되기 쉽다. 부서졌을 때 발화할 우려도 있다. 폴리머라면 이러한 염려가 없다고 한다. 변환효율도 전극의 구조를 연구하여 높일 수 있으리라 보고 있다.
색소증감 태양전지는 실리콘제 태양전지와 비교해서 재료비가 싸기 때문에 저가로 제조할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 색소를 바꾸면 전지의 색이 바뀐다는 것도 특징이다. 연구팀의 川野司 박사는 ‘시계의 글자판 부분에 사용하면 컬러플한 특성을 살릴 수 있다’고 말한다.     (일경산업)