“수소전지도 프린터로 찍어낸다”… 고려대, 차세대 연료전지 제작 기술 개발

잉크젯 프린팅으로 수소전지 핵심 부품 제작… 그린수소 생산 장치 개발 속도 높일 전망

수소전지를 프린터로 인쇄하듯 제작하는 기술이 등장했다. 연료전지와 수전해 장치의 핵심 부품을 잉크젯 프린팅 공정으로 제작하는 방식으로, 차세대 수소 에너지 시스템의 생산 방식을 바꿀 가능성이 제시됐다. 고려대학교 기계공학부 심준형 교수 연구팀은 잉크젯 프린팅 기술을 활용해 연료전지와 수전해 장치의 핵심 구성 요소인 ‘프로톤 세라믹 전기화학 셀(PCEC)’을 인쇄 방식으로 제작하는 공정을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 Chemical Engineering Journal에 게재되며 수소 에너지 분야에서 주목을 받고 있다.

연료전지는 로봇, 드론, 미래 모빌리티 등 다양한 분야에서 차세대 에너지 기술로 주목받고 있다. 특히 수소를 활용한 에너지 시스템은 탄소 배출을 줄일 수 있는 핵심 기술로 평가된다. 현재 수소 생산은 주로 천연가스를 개질해 만드는 ‘그레이 수소’ 방식이 중심이다. 그러나 탄소 배출 문제로 인해 물을 전기로 분해해 생산하는 ‘그린 수소’ 기술로의 전환이 글로벌 에너지 산업의 주요 과제로 떠오르고 있다. 이 과정에서 연료전지와 수전해 장치의 핵심 구성 요소인 전기화학 셀의 제작 기술 역시 중요한 연구 대상이 되고 있다.

연구팀은 다양한 기능성 재료를 잉크 형태로 합성한 뒤 이를 잉크젯 프린팅 방식으로 정밀하게 적층해 전기화학 셀을 제작하는 공정을 구현했다. 이 방식은 원하는 크기와 구조를 자유롭게 설계할 수 있다는 장점을 가진다. 기존에는 연료전지 셀을 제작할 때 스크린 프린팅이나 슬롯다이 코팅 방식이 주로 사용됐다. 그러나 이러한 방식은 재료나 구조가 변경될 경우 설비를 다시 구축해야 하는 한계가 있었다. 잉크젯 프린팅을 적용하면 동일한 장비에서 다양한 소재와 구조를 구현할 수 있어 제작 공정의 유연성이 크게 높아진다.

이번 공정으로 제작된 장치는 98% 이상의 고순도 수소를 생산하고 약 80% 이상의 에너지 변환 효율을 기록했다. 이는 수소이온 전도 세라믹 구조를 적용해 얻은 결과다. 연구진은 이러한 기술이 연료전지와 수전해 시스템의 개발 속도를 높이고 수소 에너지 장치의 설계 방식에도 변화를 가져올 것으로 보고 있다.

연구팀은 향후 이 기술을 기반으로 재료 조합과 구조를 자동으로 최적화하는 스마트 제조 플랫폼으로 발전시키는 것을 목표로 하고 있다. 잉크젯 프린팅 기반 제조 기술이 수소 에너지 장치의 생산 공정에 적용될 경우, 연료전지와 수소 생산 장치의 설계와 제작 방식이 보다 빠르고 유연하게 변화할 가능성이 있다.

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