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고분자연료전지 연구에서의 진단도구: 전기화학적 기술 이용법

전문가 제언: ○ 연료전지 중 변환효율과 경제성 등에서 우수한 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)가 앞서나가고 있다. 차량용, 가정용, 휴대용의 3대 응용에서 기대가 크다. 차량용과 가정용에서는 120oC 이상의 고온/저습도용 PEMFC가 미국과 일본에서 구체적인 목표 하에 한창 연구 중에 있다.

○ PEMFC의 고온 작동에서는 수소연료 내 일산화탄소에 대한 내성이 극적으로 증가하여 덜 정제된 수소연료 사용이 가능해지고, 반응속도가 증가하여 발전효율이 증가하는 등의 장점이 있다. 휴대용에서는 세계 여러 유수회사에 의해 인정받은 미국의 PolyFuel사가 75% 더 낮은 목표의 초저메탄올 크로스오버 프로젝트의 2007년 11월 개시를 공표했다.

○ PEMFC의 출력밀도, 신뢰성 그리고 가격에 관한 요구특성을 만족시키기 위해서는 전기화학, 열역학, 유체역학 등 관련 전문분야에 대한 깊은 이해가 필요하고, 이에 기초한 진단법의 개발이 PEMFC의 상업적 성공에 절대로 필요하다.

○ 본문은 Canada의 Institute for Fuel Cell Innovation의 Jinfeng Wu 등이 기술한 PEMFC 진단기술 2편 중 제1편인 전기화학 기술에 속하는 부분이다. 여기에는 전지의 전기화학적 성능평가의 표준기술인 분극곡선(polarization curve)법이 있는데, 이는 PEMFC의 일정 운전조건에서 전류밀도에 따른 전지전위의 플롯으로 전지 성능손실 정보를 제공한다.

○ 다음으로 옴저항 측정이 주목적인 전류중단법, 그리고 가장 강력한 전기화학적 임피던스분광(EIS)법을 소개하고 있다. 연료전지의 임피던스 스펙트럼은 양극반응속도가 빨라 주로 음극거동을 나타낸다. EIS의 장점은 아크의 절편 위치(옴저항)와 직경 크기(촉매층의 전하이동저항)를 이용하여 산소환원반응을 비롯하여 주파수 영역에서 PEMFC의 총괄적 전력손실을 결정하는 여러 인자들의 개별 영향을 분석하는 능력이다.

○ 분극곡선 연구에 한국의 J Kim, SM Lee, JH Lee, 그리고 교류임피던스법을 이용한 전극의 최적 조성 연구에는 아주대학교의 JM Song 등의 이름이 보여 이 부문 연구에서 한국의 높은 위상을 알려주고 있다.

저자: Jinfeng Wu, Xiao Zi Yuan, Haijiang Wang, Mauricio Blanco, Jonathan J. Martin, Jiujun Zhang
자료유형: 학술정보