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수소ㆍ연료전지 실증 프로젝트(JHFC) 제1기 활동보고

전문가 제언: ○ 연료전지 자동차의 실용화는 양자교환막연료전지(PEMFCs)의 효율, 저가 및 기술적문제의 해결이 전제된다. 또한 더 나아가서 수소의 생산에 이은 온보드 수소저장문제도 더 앞선 선결문제로 보고 있다. 이들은 기존의 가솔린 차량과 경쟁하여 일반 소비자가 부담을 느끼지 않는 수준을 설정하고 있다. 물론 정책적으로 세제의 이점 등이 부가된다.

○ 본문의 기술장벽의 해결부문이 다소 단순 서술이 된 것 같아, 기술적 면의 문제해결내용을 부연한다. 우선 막의 가격 저감이 필요하다. 이는 비 불화(non-fluorinated) 폴리머전해질을 개발하는 것인데, 고 양자전도성(high proton conductivity)과 열적 안정성을 갖는 폴리머를 생산하는 것이다. 또한 슬폰화 폴리머 골격(backbone)을 비수화 하는 등의 연구가 있는데, 아직 Nafion을 능가하지 못하고 있다.

○ 다음으로 Pt 저 부하 전극의 개발인데, 카본 나노튜브로 가스 확산층을 확대하는 등의 개발이 진행되고 있으며, 전극에서 Pt를 완전히 제거하는 것은 PEMFC의 가격을 크게 감소시킬 수 있다. 금속산화물 즉 수화나 비정형 FePOx 같은 것으로 대체될 수 있으나 그 연구는 아직 미미한 수준이다.

○ 쌍극판 재료는 가격이 그라파이트에서 복합재료 판으로 대체되면서 저감되고 있고, 금속 쌍극판은 산성 분위기로 인한 부식으로 수명이 짧게 되는데, 이를 방지하기 위하여 코팅을 하게 된다. 또한 열팽창계수가 서로 일치해야 하며, 다공성 금속 쌍극판은 극판과 가스분배기의 역할을 동시에 한다. 금속-카본-폴리머 복합재료는 저가로 유용성이 있고, 적합한 폴리머는 PE, PP, PVF와 페놀, 에폭시와 비닐에스테르의 열가소성 및 열경화성 수지들이다.

○ PEMFC 시스템 디자인은 보다 나은 효율 개선을 위하여 최근에 많은 노력이 경주되고 있다. 적층(stack)과 쌍극판 디자인; 쌍극판의 가스의 유량 배분은 물질전달을 위해 최적의 분배형태를 고려한 적절한 설계가 요구된다. 수소와 반응물의 형태에 따라 열교환기, 개질기 및 관련 부품의 최소화와 경량화 등이 연구해야 할 과제이다.

저자: Takeyuki Kamimoto
자료유형: 학술정보