잉크젯 프린터로 연료전지 출력 기술 개발

[키즈TV뉴스 황해운 기자] 고성능 세라믹 연료전지를 상용 잉크젯 프린터로 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의하여 개발됐다.

고려대학교 기계공학과 심준형 교수 연구팀은 고체 산화물 연료전지(Solid oxide fuel cell, SOFC)를 잉크젯 프린팅하는 기술 개발에 성공했다.

연구팀 소속 한권덕 박사가 제1저자로 참여한 이 연구결과는 에너지 분야 저명 학술지인 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters (IF : 16.331), JCR 분야상위 1.9%)’에 4월 21일(한국기준) 온라인 게재됐다. 이번 연구는 산업통산부산하 한국에너지기술평가원(원장 임춘택)의 일환으로 수행됐다.

잉크젯 프린팅은 가정용 프린터에서 대형 인쇄물까지 널리 사용되는 출력 기술이다. 여기에 금속, 세라믹 등 기능성 물질이 함유된 잉크를 사용하면 마치 인쇄물을 찍어 내듯이 제품을 만들 수 있다. 핵심은 정전 노즐 분사가 가능한 안정화된 잉크를 합성하는 것. 고려대 연구팀은 이러한 유동 특성을 띄는 NiO, YSZ, GDC, PBSCF 등 다양한 세라믹 잉크 합성에 성공했다. 연구팀은 이들 잉크들을 프린터에 한꺼번에 장착하여 셀의 일부가 아닌 SOFC 전체를 제작해냈다.
특히, 이렇게 합성된 잉크는 일반 가정용 잉크젯 프린터에서도 사용 가능하다. 심준형 교수팀은 논문에 사용된 모든 SOFC는 10만 원 정도의 HP 프린터로 제작한 것이라고 밝혔다. 이렇게 만든 연료전지 출력은 섭씨 650도 0.7 W/cm2 수준으로 상용 제품으로도 전혀 손색이 없었다. 이러한 소재들을 ‘그림 그리듯’ 꽤 큰 스케일로 출력해 보이기도 했다. 출력에 사용된 프로그램은 MS 파워포인트였다.

개발된 기술은 SOFC 뿐만 아니라 복잡한 성분을 정밀하게 조절해야 하는 다양한 박막 제품 생산에 유용할 것으로 보인다. 예를 들어, 붉은색 잉크 카트리지에 A 물질을 넣고 파란색 잉크 카트리지에 B 물질을 넣은 후 보라색을 출력하면 AB 복합막을 출력할 수 있다. 또한 보라색이 ‘진보라’또는 ‘연보라’인지에 따라 A와 B의 비율을 자유롭게 조절할 수 있다. 연구팀은 색깔의 ‘채도’에 따라 물질의 기공 구조까지 조절할 수 있음을 확인했다.

심준형 교수는 “이번 연구를 통해 잉크젯 프린팅이 SOFC 양산 기술로 충분히 사용될 수 있음을 확인했다. 잉크젯 프린팅은 대형 출력물 등 이미 산업에서 많이 사용되는 기술인만큼, 연료전지뿐만 아니라 다양한 박막 제품 제작에도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대한다.”며 연구 성과의 의의를 밝혔다.

황해운 키즈TV뉴스 기자 news@kidstvnews.co.kr