[투데이에너지 유정근 기자] 광주과학기술원(GIST)이 전기효율 66.97%를 달성하며 캐스케이드 고체산화물 연료전지(CSOFC) 최적화 시스템을 개발했다.
강상규 GIST 기계공학부 교수 연구팀은 높은 시스템 전기효율을 갖는 CSOFC 시스템을 개발하고 주요 운전조건인 전류밀도, 외부개질율 증기·탄소 비율이 스택 및 시스템의 전기효율에 미치는 영향을 규명했다.
CSOFC 시스템은 고체산화물 연료전지 스택 두개를 직렬로 연결함으로써 첫 번째 스택에서 미반응한 연료를 두 번째 스택의 연료로 사용해 시스템 연료이용률을 극대화 할 수 있는 형태의 연료전지 시스템이다.
SOFC 시스템은 다른 연료전지에 비해 높은 시스템 전기효율과 폐열 활용 등 장점이 있어 발전용 연료전지 시스템으로 주목받고 있다.
강상규 교수 연구팀은 CSOFC 시스템의 우수성을 정량적으로 비교·분석하기 위해 수치해석 기반의 싱글스테이지 시스템, 연료극배가스 재순환 시스템, 그리고 캐스케이드 시스템의 열역학 모델을 개발하고 주요 운전조건인 전류밀도, 외부개질율, 그리고 증기·탄소 비율 변화에 따른 각 시스템 전기효율을 파악했다.
그 결과 전류밀도 100 mA/cm², 외부개질율 50%, 증기·탄소 비율 2.5의 운전조건에서 CSOFC 시스템의 전기효율이 66.97%로 다른 시스템 구성에 비해 높게 나타났으며 이 결과는 케스케이드 시스템 구성으로 달성할 수 있는 시스템 연료이용률 극대화에 따른 영향으로 분석됐다. 또한 동일한 조건에서 연료극 배가스 재순환 시스템은 65.84%로 두번째로 높은 전기효율로 나타났다.
강상규 GIST 교수는 “이번 연구 성과는 고체산화물 연료전지 시스템의 효율 극대화를 달성할 수 있으며 국내 수소경제 활성화 정책에 따른 국내 연료전지 보급에 기여할 수 있다는 점에서 가장 큰 의의가 있다”라며 “향후 캐스케이드 고체산화물 연료전지 시스템의 발전효율을 극대화할 수 있는 추가 연구를 수행함으로써 2050 탄소중립 목표 달성을 위해 앞장 설 것”이라고 밝혔다.