▲ KIST 이종호 박사

과학기술정보통신부(장관 유영민)와 한국연구재단(이사장 노정혜)은 이달의 과학기술인상 2월 수상자로 한국과학기술연구원(KIST) 이종호 박사를 선정했다고 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다.

과기정통부와 연구재단은 이종호 박사가 상용화 가능한 세계 최고 수준의 대면적 고성능 프로톤 세라믹 연료전지(PCFC)를 개발한 공로가 높이 평가되었다고 선정 배경을 설명했다.

세라믹 연료전지는 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 다른 연료전지보다 발전효율이 뛰어나다. 그 중에서 프로톤 세라믹 연료전지는 수소 이온을 전달하는 세라믹 전해질로 구성되어, 기존 세라믹 연료전지 전해질보다 이론적으로 100배 이상 전기전도율이 높은 차세대 연료전지로 주목받고 있다.

하지만 기존 세라믹 연료전지보다 복잡하고 까다로운 소재 물성으로 인해 박막 전해질-전극 접합체 제작이 매우 어렵고 고온 공정 중 급격한 물성 저하가 발생하여, 오랜 연구개발에도 불구하고 상용화 가능성이 요원한 실정이었다.

이종호 박사는 프로톤 세라믹 연료전지의 전해질-전극 접합체 구조의 열처리 과정 중 전해질이 치밀해지는 원리를 세계 최초로 확립하고, 공정 온도를 획기적으로 낮추었다.

이를 통해 셀 구성 성분 간 수축률과 온도 차이를 최대한 낮춰 전해질의 결함을 최소화했다. 이로써 프로톤 세라믹 연료전지의 성능을 극대화하는 동시에 상용화 가능한 수준의 대면적(5×5㎠) 전지를 제조할 수 있는 공정 기술을 개발하는 데 성공했다.

이 과정에 스크린 인쇄법, 마이크로파 열처리 등 실제 양산공정에 활용되는 경제적인 공정이 적용됐다. 그럼에도 기존 연구 결과를 압도하는 10배 이상의 고출력 특성을 보였다. 또 저온 동시 열처리를 적용한 덕분에 전해질의 물성이 열화되지 않고, 우수한 전해질-연료극 접합 구조를 확보했다.

이처럼 세계 최고 수준의 출력 성능을 검증함에 따라 그동안 불가능하게 여겼던 프로톤 세라믹 연료전지의 상용화 가능성을 보여주었다는 점에서 괄목할 만한 성과로 인정받고 있다. 해당 논문은 에너지 기술 분야에서 최고 권위를 자랑하는 ‘네이처 에너지(Nature energy)’에 2018년 8월 게재됐다.

이종호 박사는 “저온 전해질-연료극 동시 제작 공정기술은 신규 소재에서도 적용될 수 있으며, 나아가경제적인 공정으로 프로톤 세라믹 연료전지의 추가적인 대면적화 가능성을 입증했다”라며 “프로톤 세라믹 연료전지의 상용화와 함께 재생에너지를 활용한 연료 생산 및 저장 분야로 확장할 수 있도록 후속 연구를 진행하겠다”라고 수상 소감을 밝혔다.