그린에너지공학과 조용훈 교수 연구팀, 그린 수소 생산을 위한 저비용 분석 시스템 개발

□ 그린에너지공학과 조용훈 교수 연구팀이 한국화학연구원, 해군사관학교, 에너지 전문 기업 CNL에너지와 공동 연구를 통해 수소 생산 및 연료전지 장치의 내부를 실시간으로 관찰할 수 있는 ‘프리즘 내장형 시각화 셀（Prism-Embedded Operando Cell）’ 개발에 성공했다고 밝혔다. □ 이번 연구는 대학과 연구소 그리고 기업의 아이디어와 기술력, 현장 노하우가 잘 결합된 대표적인 산·학·연 협력 성공 사례이다. 연구 성과는 그 우수성을 인정받아 화학공학 분야 세계적 권위의 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널（Chemical Engineering Journal, CEJ）’에 11월 20일에 온라인 게재되었다. 논문에는 최혁재 학생（강원대학교: 공동 제1저자）, 김옥희 중령（해군사관학교: 공동 제1저자）, 김태호 박사（한국화학연구원: 공동 교신저자）, 라일채 연구소장（CNL에너지: 공동 교신저자）, 조용훈 교수（강원대학교: 교신저자） 등의 저자들이 참여했다. □ 탄소중립 시대의 핵심 기술인 수전해와 연료전지는 전극 내부에서 발생하는 산소 등의 기포가 원활하게 배출되지 않을 경우, 에너지 효율이 급격히 저하되는 문제가 있다. 기존에는 이러한 내부 현상을 관찰하기 위해 수천만 원을 호가하는 X-ray 광가속기나 중성자 영상 장비 같은 거대 설비가 필요했으며, 실시간으로 단면의 내부 모습을 관찰하는 데는 한계가 있었다. □ 연구팀은 이러한 제약을 극복하기 위해 아크릴 소재의 셀 유로 끝단에 45도 각도의 특수 프리즘을 내장하는 혁신적인 설계를 고안했다. 이 ‘프리즘 셀’을 이용하면 고가의 장비 없이 일반 광학 현미경만으로도 전극의 평면 모습과 단면 내부 모습을 동시에 실시간으로 촬영할 수 있다. □ 이번 성과는 단순한 학술적 발견에 그치지 않고, 실제 산업 현장에 즉시 적용 가능한 기술이라는 점에서 의의가 크다. 공동 연구에 참여한 CNL에너지는 이번에 개발된 프리즘 셀 기술을 실제 상용 수전해 및 연료전지 시스템에 도입했다. 기업은 이를 통해 내부 유동 문제를 정밀하게 진단하고 설계를 최적화하는 데 활용하고 있어, 산·학·연 협력을 통해 실질적인 산업 경쟁력 강화를 주도하고 있다. □ 연구팀은 이 장치를 통해 기포가 전극과 다공성 수송층（PTL） 내부에서 생성되고 성장하여 이탈하는 전 과정을 고해상도로 포착하는 데 성공했다. 또한, 시각화 영상과 함께 전류-전압 곡선 및 임피던스（저항） 데이터를 동시에 확보함으로써, 성능 저하의 원인을 즉각적으로 분석할 수 있는 길을 열었다. □ 연구 책임을 맡은 강원대 조용훈 교수는 “이번 성과는 대학의 연구 역량과 연구소의 전문성, 기업의 실용화 의지가 모여 만들어낸 산·학·연 협력의 결실”이라며, “프리즘 셀은 고가의 대형 장비 없이도 기업과 연구 현장에서 쉽게 도입해 사용할 수 있는 실용적인 플랫폼으로서, 향후 그린 수소 생산을 위한 다양한 장치들（연료전지, 수전해, 해수 전해, CO2 전환 장치; CCU 등）의 성능을 높이는 공통 진단 도구로 활용될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

<출처: 강원대학교 KNU뉴스 강대뉴스(2025.11.27자)>