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콤팩트 연료전지용 내식성 금속 세퍼레이터 개발

전문가 제언: ○ 고분자 연료전지(PEFC)는 환경 보존과 에너지위기를 해결하기 위한 청정에너지 소스로 주목받고 있는 연료전지의 하나이다. PEFC의 여러 부품 중 가장 큰 부피와 무게를 차지하고 있는 세퍼레이터 또는 바이폴라 플레이트는 자동차용 PEFC 제조비용의 약 60%를 점유하고 있다. 따라서 이 부품의 무게와 부피의 절감은 당면 문제가 되고 있다.

○ 지금까지 세퍼레이터는 주로 흑연이 우수한 전기전도성과 내식성 등으로 별도의 표면처리가 불필요하여 널리 사용되어왔다. 그러나 강인성이 부족하여 박막 가공이 어렵고 밀링 작업에 의한 가공 공수가 많이 필요하여 제조비가 비싸지고 대량생산에 불리한 단점이 있었다.

○ 흑연을 대체하기 위한 금속은 기계적 특성이 우수하여 박막이 가능하고 금형가공 등 대량생산이 가능하지만 부식에 취약하고 부식물은 전기절연체가 되어 발전성능을 저하시킨다. 현 추세는 경제적인 스테인리스강(SS)을 주로 하고 그 위에 내식성 코팅을 하는 방식이 연구되고 있으나 통상의 내식성 코팅은 전기전도성을 해친다. 전기전도성 부여를 위한 금도금이나 전기전도층이 필요 없는 합금은 가격 문제가 있다. 따라서 내식성을 가지면서 전기전도성이 있는 재료연구가 핵심이 된다.

○ 본문은 DMFC용 세퍼레이터에 대해 일본의 Hitachi 전선이 코어인 SS 상에 티탄의 내식성 피복을 하고 그 위에 극박막 나노금속의 전기적 전도층을 코팅하여 경제성과 5000시간의 장기 수명을 달성하고 세퍼레이터 두께를 1.5mm에서 0.6mm로 줄인 보고를 하고 있다. 그러나 전도층 나노금속 재질과 제조비 비교가 보이지 않고 있다.

○ 미국 DOE의 PEFC용 바이폴라 플레이트의 로드맵에 의한 2010년 목표인 재료비 US$6/kW, 접촉저항 0.01Ω/cm2, 부식전류 1㎂/cm2 등을 만족시키는 단계의 금속에 의한 연구가 보고 되고 있다. 2006년 DOE 주관의 Pacific Northwest National Laboratory, Battelle사 팀의 압연식 압접법에 의한 Nb/430SS, 보론화 니켈/453SS 재료연구와 TreadStone Technologies의 LiteCell 기술이 보이고 있다. 2005년 KIST가 TiN 코팅 316SS의 PEFC용 바이폴라플레이트로 1028년 장기수명 보고를 하였다.

저자: Takaaki Sasaoka et al
자료유형: 학술정보