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고체고분자형 연료전지의 과제와 미래의 발전

전문가 제언: ○ 화석연료 고갈, 지구환경 보존 및 날로 어려워지는 송전선로 확보와 송배전 손실문제를 해결하기 위한 분산전원의 필요성 등에 의해 전 세계적으로 연료전지가 활발하게 개발되고 있다. 연료전지 중 선발 주자에 속한 알칼리형, 인산형, 그리고 용융탄산염형 연료전지는 크게 보아 이미 연구개발은 끝나고 상업적인 확판 단계에 이르렀다.

○ 비교적 늦게 출발한 고체 산화물형 연료전지(SOFC), 고체 고분자형 연료전지(PEFC, 또는 PEMFC), 그리고 산업적 중요성을 감안하여, PEFC에서 분리한 직접 메탄올형 연료전지(DMFC)는 현재 급격한 기술력 상승과정에 있다. 매달 쏟아져 나오는 수많은 기술혁신은 관심 있는 기술자들에게 현기증과 동시에 도전심을 일으켜, 선진국이 아닌 작은 나라에서도 아직 충분히 기회가 있음을 알리고 있다.

○ 본고는 방대한 연료전지의 연구개발 현황을, 연료전지 종류에 따른 비교 및 그 중 PE(M)FC 의 현황을 짧은 지면 내에 균형 있고 간결하게 기술하여, 전반적인 파악이 쉽도록 하였다.

○ PE(M)FC의 핵심인 양이온 교환막으로 Nafion 117이 현실적인 신뢰성을 갖고 있다. 그러나 정상 성능의 80℃ 이하에서 가격이 비싸고, Aciplex, Flemion 등도 Nafion과 마찬가지로 TFE의 골격에 퍼플루오로 알킬에터가 측쇄로 공중합되고, 이 측쇄 말단에 술폰산기가 붙어 수소이온의 도전성을 높이는 구조인데, 이 모두가 플루오르계 고분자이므로 가격과 환경에 역시 문제가 되고 있다. PTFE와 같은 상용품의 플루오르수지를 사용하여 방사선 가교 및 스타이렌 수지와 그래프팅을 시키는 염가화 시도도 생각하지 못하였던 내열성 문제에 봉착하였다. 탄화수소계 막 중에서는 폴리에터술폰 재료가 유망하여 기대해 볼만하다.

○ PEMFC를 사용하는 Ballard사 등의 버스 시범운행이 계속 성공적이고, Ebara Ballard 및 Matsushita에서 PEMFC를 공급받는 Tokyo가스의 주택사업 목표(2008년 1kW급에서 내구성 10년 즉 4만 시간, 가격 100~120만 엔/대)가 늦어도 2010년까지는 달성되어 큰 영향을 미칠 것이다.

저자: Kamaruzzaman Sopian et al
자료유형: 학술정보