2020. 4. 22.

“잉크젯 프린터로 연료전지도 출력한다.”
상용 잉크젯 프린터로 인쇄물처럼 세라믹 연료전지 출력 기술 개발
심준형 교수팀 논문 에너지분야 저명 학술지 ACS에너지레터스 실려

□ 고성능 세라믹 연료전지를 상용 잉크젯 프린터로 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의하여 개발됐다.
 
□ 고려대학교(총장 정진택) 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.
 * 논문명 : Inkjet printing for manufacturing solid oxide fuel cells
 
□ 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.  

기계공학부 심준형 교수 (02-3290-3353)

커뮤니케이션팀 (02-3290-1065)