포스코, 연료전지 분리판용 STS 소재 개발
- 수소전기차 연료전지 분리판에 무코팅 STS 소재 개발 - 포스코 Poss470FC강 세계 최초 개발..상용화에 성공 - 건물·발전용 연료전지(SOFC) 분리판용 Poss460FC 개발
2019-10-31 손연오 기자
연료전지(Fuel Cell)는 전해질의 종류에 따라 구분되며, 작동온도와 환경, 산업별 용도에 따라 적용할 수 있는 강재가 달라진다. 드론용과 가정·건물용 연료전지, 수소전기차 연료전지, 발전용 연료전지 등에 따라 연료전지 분리판에 적용가능한 소재도 달라지는 것으로 알려졌다.
먼저, 수소전기차의 연료전지는 전기분해의 역반응으로 수소와 산소를 반응시켜 물과 전기 및 열에너지를 생산하는 기술이다. 연료전지의 핵심 구성부품 중 하나가 분리판인데, 이는 연료전지 단위 셀 간의 전기적 연결 및 반응가스의 공급과 분리를 하는 역할을 한다.
▲ 연료전지 스택용 STS, 기존 배기계용 수요 대비 2배 이상
연료전지 스택(stack)은 단위셀과 분리판을 반복 적층하여 전기를 발생하는 주 동력원이다. 수소전기차의 연료저지 스택에는 약 1000매 정도의 분리판이 들어간다. 분리판의 경우 고내식성과 고전기전도성, 극박 포일 성형성 및 열전도성이 요구되기 때문에 스테인리스 소재가 주로 사용된다.
기존 내연기관 자동차에서 스테인리스 배기계의 경우 대당 20~25kg 정도가 소요되는 것으로 알려졌다. 그러나 수소전기차의 연료전지 분리판에는 대당 50~60kg의 스테인리스가 소요되는 것으로 추정됐다. 상용화가 되면 스테인리스 수요 확대에 기여할 것으로 기대된다.
수소전기차 분리판 소재는 그라파이트(Graphite)에서 2005년 이후 금속으로 전환되기 시작했다. 크게는 스테인리스와 티타늄 소재를 코팅한 분리판과 무코팅 스테인리스 분리판이 있다. 포스코는 무코팅 스테인리스 분리판에 적합한 고유강재를 개발했다. 오는 2030년까지 금속 분리판의 소요량은 7.54만톤으로 늘어날 것으로 전망됐다.
▲ 포스코 연료전지 분리판용 강재, Poss470FC·Poss460FC 개발 성공
포스코는 수소전기차 분리판용 Poss470FC강을 세계 최초로 개발하여 상용화에 성공했다. 코가의 코팅 공정 없이도 높은 내부식 특성과 전기전도의 특성을 갖춘 강종이다. Poss470FC강의 특징은 낮은 접촉저항과 높은 내부식성으로 연료전지의 내구성을 높일 수 있게 한다는 점이다. 또한 무코팅 분리판을 개발함으로써 원가 저감 뿐 만 아니라 기존 코팅 소재의 결함에 의한 부식 가속화 문제를 해결했다. 또힌 극박소재로 개발되어 성형에서도 상대적으로 유리하다.
Poss470FC강은 금속분리판 적용 가정용 연료전지 1kW CHP 시스템 인증을 취득했다. 지난 2017년에는 무인 드론 시스템에 성능 구현 테스트를 진행했으며, 지난해 현대차의 수소전기차인 넥쏘(NEXO) 모델에 적용했다.
한편, 포스코는 건물·발전용 연료전지(SOFC) 분리판용 강재인 Poss460FC도 개발했다. 이 강종은 고가의 희토류 원소 첨가 없이도 고온 내산화특성과 전기전도 특성이 우수한 특성을 갖는 건물·발전용 SOFC 분리판용 스테인리스강 소재다. 이 강종의 경우 스택 내구성 검증 테스트를 진행 중이며 성능 안정성을 확인받기도 했다.
포스코는 수소경제 시대에 대비하여 수소 산업 관련 철강소재 분야에서 철강소재와 부품 가공 산업 및 연료전지 산업 간의 긴밀한 협력을 바탕으로 핵심원천 기술 개발을 지속하며 수익모델 창출에 적극적으로 나선다는 계획이다.