산업조사 전문업체인 IRS글로벌은 연료전지 연구개발 동향을 분석하기 위해 ‘수소경제 실현을 위한, 수소·연료전지 관련 핵심기술 개발동향과 시장·사업화 전망’ 보고서를 발간했다.

IRS글로벌은 마이크로소프트(Microsoft)가 제공하는 Academic Knowledge API를 활용, ‘Fuel’, ‘Cell’ 등 단어가 제목 또는 초록에 포함된 연구를 추출해 검색된 데이터 중 DOI가 존재하지 않는 데이터를 제거해 3만1,397개를 분석했다.

연료전지분야는 1957년 1편의 연구가 발표된 이후 2020년에는 2081편까지 연평균 12.9%의 증가세를 보이고 있다. 1957~1980년까지 총 202편, 1981~2000년까지 1,402편, 최근 2001~2020년까지는 총 2만9,793편의 연구가 발표되고 있다.

연료전지 연구의 주요 단어를 분석한 결과 주요 단어 20개의 빈도는 △fuel 7만568회 △cell 6만2,206회 △power 3만546회 △system 2만5,400회 △performance 2만2,775회, membrane 1만7,701회 △energy 1만6,351회 △cells 1만5,673회 △model 1만5,439회 △results 1만5,259 △using 1만5,211회 △temperature 1만3,413회 △current 1만3,106회 △anode 1만2,940회 △high 1만2,745회 △can 1만2,719회 △cathode 1만2,680회 △hydrogen 1만2,405 △water 1만2,203회 △used 1만1,823회 등이다.

인용 상위 연구로는 Nature지에 2001년에 발표된 ‘Materials for fuel-cell technologies’가 5,671회로 가장 높게 나타났다.

특허 동향분석을 위해 Patents View에서 제공하는 특허 데이터수집 API를 활용해 ‘fuel’, ‘cell’ 등의 단어가 제목 또는 초록에 포함된 특허를 추출해 총 1만6.055개를 수집해 분석했다.

연료전지분야는 1976년 49개의 특허가 출원된 이후 1990년대 후반부터 출원 수가 급격히 증가한 것으로 나타났다. 구간별로는 1976~1990년까지 총 753개 특허가 출원됐으며 1991~2010년까지는 총 6,664개, 2011~2020년까지는 총 8,638개로 나타나며 지속해서 증가하고 있다.

다만 특허출원 후 1년 6개월이 경과해야 공개되는 특허제도의 특성상 실제 출원이 이뤄졌으나 아직 공개되지 않은 미공개 데이터가 존재해 최근 데이터가 적게 나타나는 것에 유의해야 한다.

연료전지는 수소 등 연료와 산화제인 공기(산소)의 화학반응으로 전기 에너지를 직접 추출하는 장치로 연료전지 자동차, 가정용 고효율 분산형 시스템, 상업용 발전소 등에 응용이 기대되고 있다.

우리 정부는 2040년까지 발전용 연료전지를 누적 15GW(내수 8GW 포함) 보급한다는 목표를 발표한 바 있으며 2020년 10월 개최된 제2차 수소경제위원회에서는 HPS(수소발전의무화제도) 도입을 의결한 바 있다.

연료전지 보급을 위해서는 저비용화 외에 콤팩트화, 고효율화, 고내구성화 등의 과제가 대두되고 있다.