日, 세계 최초 SOFC 탑재한 드론 개발


휴대용부탄을 연료로 비행시간 1시간 넘어


    일본 산업기술종합연구소(이하 산총연)과 산업용 드론 전문 메이커 프로드론, 자동차 부품 개발에 주력하는 아츠미테크 3사는 지난달 15일 SOFC시스템을 탑재한 세계 최초의 드론을 개발해 시험 비행을 마쳤다고 발표했다.


SOFC의 고출력화와 경량화의 실현으로 장시간 비행이 가능해져 앞으로 인프라의 점검과 재해 시의 피해 상황 확인 등 다양한 활용이 기대된다.


飛行試験中の固体酸化物形燃料電池ドローン

SOFC시스템을 탑재해 비행 실험 중인 드론


 

世界初の固体酸化物形燃料電池ドローンを開発し、長時間飛行を実証


LPG燃料により、さまざまな地域での物流、インフラ点検、災害対応などに期待


燃料電池の高出力化、軽量化によって、従来より長時間飛行・作業できるドローンを実現

電力負荷変動が大きいドローンに対応したLPG内部改質固体酸化物形燃料電池技術を開発

水素インフラ整備前の地域でも物流、インフラ点検、災害対応などの分野での活用に期待




株式会社 プロドローン【代表取締役 河野 雅一】(以下「プロドローン」という)、株式会社 アツミテック【代表取締役 鈴木 秀幸】(以下「アツミテック」という)環境技術センター【センター長 内山 直樹】、国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 石村 和彦】(以下「産総研」という)極限機能材料研究部門【研究部門長 松原 一郎】鷲見 裕史 主任研究員は、長時間飛行・作業が可能な固体酸化物形燃料電池(SOFC)ドローンを、世界で初めて実証した。


図1 ドローン搭載用SOFCスタック外観


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https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2020/pr20200615/pr20200615.html

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SOFC 드론은 시판하고 있는 휴대용 부탄가스 2개와 2차전지 등을 탑재하고 LP가스를 수소와 일산화탄소로 개질해 발전하면서 비행한다. 이번 실험으로 한 시간을 넘는 비행시간을 확인했다고 한다. 연구 개발은 신에너지・산업기술종합개발기구(NEDO)의 ‘로봇・드론이 활약하는 저에너지 사회 실현 프로젝트’의 지원을 받아 실시됐다.


일반적인 드론에는 리튬이온 전지가 쓰이는데 단위 중량당 에너지 밀도가 낮아 비행시간은 15~30분 정도로 짧다. 비행으로 소비하는 전력은 드론 중량에 비례하기 때문에 2차전지의 탑재 중량을 늘려도 소비전력이 더 필요하게 돼 장시간 비행은 어렵다. 또한 재해 시에는 충전용 전원 확보가 곤란할 것으로 예상한다.




이러한 과제를 해결하기 위해 3사는 SOFC 드론의 개발을 진행하고 있다. 순수소형 PEFC 탑재 드론의 개발이 세계적으로 진행되고 있으나 무거운 수소 탱크를 탑재해야 하는 과제를 안고 있다.


이번에 아츠미테크는 단위 체적당 출력 밀도를 높인 FC 스택을 개발했다. 평판형 셀을 채용한 것 외에 부품 재료를 개량했다.


図2 LPG駆動SOFCシステムの外観

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개질부문의 개발은 산총연이 담당했다. 이번에 전극 내부에서 LP가스를 수소와 일산화탄소로 개질하는 내부 개질 기술을 채용해 외부 개질기가 불필요해졌다.


한편 LP가스를 SOFC로 직접 공급하면 LP가스 주성분인 부탄 등의 열분해를 통해 전극상에 고체 탄소가 추출돼 발전 성능이 저하된다. 산총연은 전극 성능의 노화를 억제하는 나노 구조의 전극 재료와 공연비를 최적화하는 운전 제어 기술을 개발했고 드론의 전력 부하 변동에 따라 발전량이나 작동 온도가 급속히 변화해도 전극 성능이 떨어지지 않는 개질 기술도 확립했다.


図4 従来のドローンとSOFCドローンの電力供給の模式図


프로드론은 최대 적재량 30㎏에 대응 가능한 드론을 개발하고 중량당 소비전력량을 줄였다.


3사는 SOFC시스템의 보다 개선된 고출력화, 경량화, 소전력화 등을 연구를 진행해 3~5년 후의 상품화를 목표로 하고 있다.

강동수 일본특파원  |  kangtaro@hanmail.net 가스신문

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