연구진, AM 양성자 세라믹 연료전지 방법 개발

2023년 8월 21일

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미국 사우스캐롤라이나주 클렘슨 대학교(Clemson University) 연구진은 양성자 세라믹 연료전지를 적층 제조하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 재생 에너지 장치는 화석 연료보다 더 지속 가능하게 전기를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

양성자 세라믹 연료전지는 석탄이나 석유 대신 수소, 암모니아, 탄화수소, 알코올과 같은 재생 가능한 연료로 구동됩니다. 그러나 대규모 제조의 어려움으로 인해 이를 실험실에서 현실 세계로 옮기는 것이 과제였습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Clemson의 첨단 재료 연구소(Advanced Materials Research Laboratory) 팀은 적층 제조에 대한 지식을 활용하여 관 모양의 양성자 세라믹 연료 전지를 만들었습니다. 이 디자인은 향상된 내구성과 손쉬운 밀봉을 포함하여 평면 디자인에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다.

연구팀은 수소를 연료로 사용하여 단일 연료전지를 200시간 동안 테스트한 결과 지속적으로 전력을 생산하는 것으로 나타났습니다. 연구원들은 양성자 세라믹 연료 전지의 적층 제조가 기존 제조 기술에 비해 더 높은 정밀도, 일관성 및 경제성을 제공한다고 밝혔습니다.

Clemson 팀은 ACS Energy Letters 저널에 연구 결과를 발표했습니다. 첫 번째 저자는 박사과정 후보자 Minda Zou였으며, 교신저자는 재료공학과 출신의 박사후 연구원 Jiawei Zhang과 Jianhua 'Joshua' Tong 교수였습니다. “우리의 연구는 3DP가 관형 PCFC의 실제 응용을 위한 길을 열 수 있다는 것을 시사합니다.”라고 팀은 논문에 썼습니다.

Tong은 이 연구를 독특하게 만드는 가장 큰 이유는 팀이 연료 전지에 필요한 양극, 음극 및 전해질의 세 가지 층을 모두 적층식으로 제조할 수 있다는 점이라고 말했습니다. 이어 “아무도 그런 일을 한 적이 없다”고 덧붙였다. "더 중요한 것은 이 방법이 간단하고 비용 효율적이어서 상용화가 유망하다는 점입니다."

현재 연료전지 1개를 적층 제조하는 데 약 3시간 정도 소요된다. 그러나 팀은 작업의 다음 단계로 더욱 발전된 디자인을 개발할 계획입니다. 성공한다면 약 5년 안에 AM 양성자 세라믹 연료전지의 상용화가 가능할 것으로 통 교수는 믿고 있다.

'3D 프린팅이 가능한 고도로 확장 가능한 관형 양성자 세라믹 연료 전지'라는 논문은 여기에서 볼 수 있습니다.

https://www.clemson.edu/

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