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일체 재생형 고분자 전해질 연료전지용 전극의 최근 진보 검토

전문가 제언: ○ 본문은 하나의 전지로 물의 전기분해와 연료전지의 두 작동을 하는 일체 재생형 고분자 전해질 연료전지(URFC : Unitised Regenerative Fuel cell)용 전극 설계에 중점을 둔 간결하면서 명쾌한 검토이다. 연료전지와 물 전기분해 장치의 둘 모두가 필요한 기존의 재생 연료전지는 두개의 장치를 가져야 하고, 수소 저장에 문제를 지니고 있다.

○ URFC는 상시 두 작동중 하나의 작동만 하므로 경량, 소 부피이고 탄소섬유강화 복합재료에 의한 소규모의 경량의 가스 저장기를 구비하면 된다. 궁극적 목표인 자동차의 경우, 필요시 외부로부터 수소 공급을 받아 출력을 급히 올리거나 장거리 운전을 할 수 있지만, 우선 수 kW의 소규모 전력에 건전지 대체용으로 비출력과 저온의 장점을 가진 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)를 이용한 UR PEMFC이 해법을 제공해 줄 수 있을 것이다.

○ 하나의 극이 모드에 따라 전기적 극성이 바뀌므로 2중 기능의 촉매가 필요하다. 산소환원 발생의 산소전극이 계의 반응속도의 핵이고, Pt/Ir보다 Pt, Ru, Ir의 3원 촉매가 효율과 안정성에서 더 우수하다. 연료전지의 촉매 담체인 탄소는 산소전극에서 산화되거나 부식되므로, 전도성 있는 환원된 티타늄 산화물이나 Ti-Ru계 산화물 복합재료가 양호하다. 가스확산층은 친수성, 소수성 사이의 균형과 전도성의 필요에서 PTFE 코팅의 Ti 천이 바람직하고, 타 금속에 산화방지 코팅이 필요하다.

○ 1994년 개시한 미국의 50W UR PEMFC에 의한 고공 비행체 Helio에 적용, 1994년 United Technologies사의 자동차에의 적용 시험, 그리고 2002년 개시의 DoE/State Energy Program에 의한 전력망 사고에 대비한 3kW 무정전전원 개발에서의 성공 뒤, 2003년 12월 NASA 및 US MDA는 미국 Proton Energy System사와 각각 고공 무인 비행체용 경량 URFC 개발 계약을 체결하여 URFC의 본격적 개발을 시작하였다.

○ 한국의 URFC 연구는 활발하여 2004년 연세대의 이한규 등이 폴리피롤(PPy)로 함침된 Nafion 막에 박막의 촉매를 직접 입히는 새로운 시도로 국제적으로 인정받은 것 외에도 많은 활동이 있어 기대가 크다.

저자: J.Pettersson et al
자료유형: 학술정보