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직접 메탄올 연료전지용 고분자 전해질막의 고찰

전문가 제언: ○ 2012년까지 휴대용 연료전지 시장이 약 3조원에 달할 것으로 전망된다. 직접메탄올 연료전지(DMFC)가 이 시장의 큰 몫을 차지할 것이다. 미국 DOE가 2010년까지 휴대용 연료전지의 상업화를 예측하고 이의 달성을 위한 목표를 출력밀도 100Wℓ-1, 에너지밀도 1000Whℓ-1, 수명 5000시간, 원가 US$ 3W-1로 제시하였다.

○ 현재의 DMFC 기술과 DOE 목표 사이에는 큰 기술적 격차가 있다. DMFC에서는 촉매역할도 크지만, 고체고분자 연료전지(PEMFC)에서와 달리 공기극으로의 메탄올의 이동(methanol crossover: MCO)으로 성능이 저하되는 문제가 가장 심각하다. 원가에서도 MEA의 약 20%를 차지하는 고분자 전해질막(PEM)의 상당한 개선이 필요하다.

○ 현재까지 PEMFC의 전해질막으로 유명한 미국 DuPont사의 강력한 화학결합을 가진 소수성 플루오르계 수지에 양성자 통로로 술폰산기의 친수성 곁가지가 붙은 Nafion막은 DOE 요구특성을 만족시킬 수 없다. 많은 회사들이 DMFC용 PEM을 연구하고 있으나, 저가의 고내열성 탄화수소계 수지의 나노 다공성 무기질과의 복합재료가 MCO를 막으면서 큰 함수율로 양성자의 전도도를 높이므로, 연구의 한 방향이 되고 있다. DOE의 목표를 만족하는 PEM은 드물고, 미국의 PolyFuel사의 폴리카보네이트 기반의 막이 수명 5,000시간으로 가장 근접하고 있다.

○ 2007년 1월 메탄올 액체의 항공기로의 반입이 인가되고, 연료전지의 안전성, 성능 시험방법 등의 규격이 2007년 내 국제표준화 될 전망이다. 일본의 Kurita Water Industries의 연료극에 물 공급이 필요 없는 고체 메탄올 공급기술로 액체 메탄올의 위험을 줄이는 연구가 2008년 실용화를 선포하여 DMFC는 연료전지로서 일대 전환기를 맞고 있다.

○ 이글에서 저자는 방대한 PEM 연구를 간결하게 종합적으로 정리하여 관심 있는 분들에게 큰 도움을 줄 것이다. 한국에서도 삼성종합기술원, LG화학을 비롯하여 여러 연구기관에서 적극적으로 DMFC용 PEM을 연구하고 있어 금후 큰 기여를 기대하고 있다.

저자: Vladimir Neburchilov, Jonathan Martin, Haijiang Wang, Jiujun Zhang
자료유형: 학술정보