- 원자력연, ‘내부식물질 적층용 3D 프린팅 기술’ 더센텍㈜에 이전 -

- 내구성이 우수하고 저렴한 ‘수소연료전지 금속분리판’ 상용화 기대 -

□ 수소연료전지자동차(Fuel Cell Vehicles, 이하 수소차)는 수소를 전기에너지로 변환해 움직인다. 탄소를 배출하지 않아 차세대 친환경차로 꼽히지만, 가격이 비싸 대중화에 어려움을 겪고 있다. 특히 전기차 원가의 40%를 차지하는 연료전지(Stack) 가격을 낮추는 것이 관건이다. 

ㅇ 국내 연구진이 ‘연료전지 분리판’의 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발, 기술 이전에 성공했다.

□ 한국원자력연구원(원장 박원석)은 ‘내부식물질 적층용 3D 프린팅 기술’을 더센텍㈜(대표 김경호)에 이전하는 기술실시계약을 체결했다고 11일 밝혔다. 매출액 2%를 경상기술료로 받는 조건이다. 

ㅇ 더센텍㈜은 2021년 11월에 설립된 연구원 창업 기업이다. 3D 프린팅 기술을 기반으로 극한환경산업용 소재를 개발하고 있다. 이전받은 기술을 이용해 수소차 외 국방‧우주산업 분야까지 활용 범위를 넓힐 계획이다.

□ 기존 연료전지 분리판은 백금 등 희귀 금속류를 사용해 값이 비쌌다. 

ㅇ 연료전지는 수소와 산소 간의 화학반응이 일어나, 전기와 물이 만들어지는 공간이다. 따라서 연료전지를 둘러싼 분리판은 부식에 강한 소재여야 한다. 

ㅇ 금은 화학적으로 매우 안정돼 다른 물질과의 반응이 거의 일어나지 않는다. 시판 중인 분리판들이 주로 알루미늄, 스테인리스, 티타늄 합금표면에 금, 백금 등을 코팅한 이유다. 

□ 반면, 원자력연구원 김현길 박사팀이 개발한 이번 기술은 저렴하면서도 부식에 대한 저항성이 높은 새로운 소재를 선택했다. 또한, 3D 프린팅 기술을 이용해 코팅 물질이 벗겨질 가능성을 원천 차단했다.

ㅇ 연구진은 스테인리스 합금표면에 금 대신 내부식성이 높은 크롬알루미늄(CrAl) 합금을 코팅했다. 제조비용을 감안하더라도, 크롬알루미늄이 금에 비해 2,000분의 1 저렴하다.

ㅇ 이번 연구에 활용된 3D 프린팅 기술은 고출력 레이저를 이용해 금속 재료를 겹겹이 쌓아 올리는 DED(Directed Energy Deposition, 고에너지 적층) 방식이다. 서로 다른 금속 물질이 녹으면서 결합해 코팅 부위가 따로 떨어지지 않는다.

□ 연구원은 자체 개발한 3D 프린터로 ‘수소연료전지용 금속 분리판’ 시제품 제작에도 성공했다. 단순 코팅에 그치지 않고, 오목볼록한 모양의 유로까지 한꺼번에 새겨 제조 효율성을 높였다.

ㅇ 유로는 분리판 표면에 배열된 엠보싱 형태의 돌기다. 연료전지 내 수소와 산소 간의 반응효율을 높여준다. 

ㅇ 이번 성과는 과학기술정보통신부 원자력융복합 기술개발사업의 일환으로 이뤄졌으며, 올해 1월 국내에서 특허등록을 완료했다.

사진1. 한국원자력연구원이 자체 개발한 3D 프린터로 수소연료전지용 금속 분리판을 제조하고 있다.

사진2. 크롬알루미늄 코팅 및 유로를 새긴 분리판 시제품

□ 한국원자력연구원은 지난 2017년 ‘3D 레이저 프린팅용 분말 공급 노즐 및 장치 기술’을 시작으로, 지금까지 3D 프린팅 관련 기술을 총 4회 이전한 바 있다. 

ㅇ 이번 성과를 이끈 김현길 핵연료안전연구부장은 “이번 성과는 원자력연구원이 보유한 3D 프린팅 기술이 비원자력 분야에도 활될 수 있음을 보여준다”며, “앞으로 다른 산업과의 스핀오프(Spin-off)가 활발히 이뤄지길 기대한다”고 밝혔다.