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PEM 연료전지의 금속쌍극판

전문가 제언: ○ PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 스택의 주요 부문은 쌍극판(BPs: Bipolar Plates)과 막전극(MEA: Membrane/Electrode Assembly)으로 연료전지의 핵심 성분으로, 스택 전체 성분과 중량의 95% 이상을 차지하고 있다. 이 두 핵심부문의 성능은 많이 연구되고 있어서, 원재료 자본은 대폭 줄어들고 있으나 저가와 효율향상이 도전분야로 연료전지 상업화의 관건이 되는 문제이다.

○ PEMFC는 보통 양극이판(裏板, backing), MEA(Membrane/Electrode Assembly)와 음극이판으로 되고, 그 가운데 샌드위치 형태로 쌍극판(BPs, 양극/음극)으로 구성된다. BPs에 요구되는 기본적인 특성은 열팽창계수, 밀도 및 소수성(hydropbobicity)이다.

○ 쌍극판의 제작은 저렴하며 밀도가 낮아야 하고 일정한 탄성을 가질 필요가 있다. 또한 공률밀도와 내충격성은 진동에 있어서도 우수성을 유지해야 한다. 이러한 연유로, 국제 연료전지자동차 연구개발 시장은 광범위한 분야에서 중시되고 있으며, 60%가 넘는 연료전지차량이 대부분 팽창 그라파이트 압축성형 쌍극판으로 구성되는 스택을 사용하고 있다.

– 그런데 그라파이트의 문제는 고가, 낮은 기계적 강도와 유통채널을 위한 가공성 등의 결점을 해결하기 위하여 그라파이트/탄소 복합재료의 연구가 많이 이루어지고 있는데, 압축성형 등의 공정을 통하여 쌍극판을 차내에서 연료전지 압축조직의 압력을 낮추도록 설계할 필요가 있다.

○ 최근에 발표된 팽창 그라파이트 압축성형 쌍극판이 있는데, 이는 제1대 금속 쌍극판 전지스택과 제2대 복합쌍극판 전지스택을 이은 제3대 팽창 흑연 압축성형 쌍극판 연료전지스택으로 보고 있다. 이 기술은 생산량을 증가시키는 데 용이하며, 자동차에 응용될 경우, 연료전지자동차의 연구개발 및 생산 자본을 낮출 수 있으리라 생각하고 있다. 이 글은 최근에 업데이트된 쌍극판의 종류별 연구내용에 대하여 잘 정리된 구성을 보여준다. 연구자들의 참고가 되리라 본다.

저자: H. Tawfik et al
자료유형: 학술정보