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연료전지기술의 현황

전문가 제언: ○ 이 글은 연료전지 전반에 걸쳐 내용을 간략하게 다루면서 현안문제로 대두되고 있는 재료와 시스템문제 등에 대하여 재미있게 기술하였다. 여기의 제언에서는 지면의 제한상 가장 유망한 시스템으로 고려되는 PEMFC와 SOFC에 대하여 개괄한다.

○ PEMFC는 쌍극판(bipolar plates)과 막전극(MEA; Membrane/Electrode Assembly)은 연료전지스택(전퇴, 電堆)의 핵심 성분으로, 스택의 전체 성분과 중량의 95% 이상을 차지하고 있다. 이 두 핵심 성분의 성능은 많이 연구되고 있으며, 원재료 자본은 대폭 줄어들고 있는데, 이 부분이 연료전지 상업화의 관건이 되는 문제이다.

○ 전해질 분리막은 PEMFC 핵심소재로 양자전도도, 기계/화학적 안정성 등을 가지며 척수성(hydrophobicity)이 좋아야 한다. 고가와 온도적 제한을 받고 있는 Nafion을 대체하고자 하는 노력이 주류를 이룬 가운데 내구성과 열적 안정성의 해결이 과제이다.

○ PEMFC의 촉매는 활성이 좋은 Pt의 고가와 자원적 제한으로, 또한 탄화수소의 개질에서 오는 CO의 독작용에 의한 방책으로 본문에서 제안한 방법 이외에 백금에 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등을 가한 이성분금속의 활성도 연구 중이다.

○ SOFC는 원통형과 평판형 등의 공정으로 나뉘면서 연결재의 선택이 달라진다. 보통 LaCrO3 연결재를 고온 열처리하는데 지르코늄(Zr) 산화물의 막 형성을 피해야 한다. 음극소재는 환원 분위기에서 안정해야 하는데, 니켈(Ni)과 전해질 cermet가 이용된다. 최근에는 탄화수소연료의 경우 탄소흡착이 일어나는 니켈 대체연구로 란타늄(La), 크로뮴(Cr), 스트론튬(Sr) 등이 들어가는 페로브스카이트 소재들이 연구되고 있다. SOFC의 경우는 공정과 집전재의 비용절감이 과제이다.

저자: Ni, Meng
자료유형: 학술정보