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고분자연료전지 연구에서의 진단도구: 물리적, 화학적 방법

전문가 제언: ○ 수소 고분자 전해질 연료전지(PEFC 또는 PEMFC)는 연료전지 중 파워밀도가 크고 여러 시스템 요구에 맞도록 적응성이 크고 인산과 같은 액체 누출이 없어 수소시대에 유망한 청정 에너지원이 되고 있다.

○ PEFC의 응용분야는 자동차용, 가정용, 휴대용의 전통적인 3대 시장이다. 경량, 무독성, 무소음, 작은 부피 등의 장점은 이의 응용범위를 철도수송, 잠수함, 비행기 등으로 확대시키고 있다. 전기화학을 비롯한 여러 전문분야에 대한 깊은 이해는 지상이 아닌 공중, 바다에서의 안전성까지 고려한 한 차원 높은 신뢰성 향상에 필수적이다.

○ 본문에서는 주로 Canada의 Institute for Fuel Cell Innovation 소속의 저자들이 PEFC를 둘러싼 응용환경 변화에 대응하는 진단법을 소개하고 있다. PEFC 작동조건의 변화가 가져오는 과도기 상태를 실시간 제자리 측정하기 위한 여러 진단기술의 장단점 등이 소개되고 있다. 전기화학적 방법은 제외하고 물리적 화학적 진단법에 대해 기술하고 있다.

○ 공기극에서 물 함량이 너무 많으면 플러딩 현상, 너무 적으면 고분자 전해질막의 옴저항 증대 등의 문제가 발생하므로 물의 관리가 PEFC 관리의 기초가 된다. 이는 압력강하에 의해 진단될 수 있다. 다음 가스크로마토그래피(GC), 중성자 영상, 자기공명 영상, 그리고 투명 연료전지법 등이 소개되고 있다. 다음 적외선 카메라에 의한 온도분포도, 셀 분할에 의한 전류분포도 등의 진단방법이 설명되고 있다.

○ 상기 여러 진단법은 모두 각각 장단점이 있고 먼저 보고한 분극곡선이나 임피던스 분광법과 같은 전기화학적 진단방법과 결합하여 사용하면 더욱 효과적이다. 복잡한 셀 분할 진단법에서 전지의 어느 부품도 고칠 필요가 없는 전류분포 측정용 가스켓 사용 진단법이 2006년 소개되었다. 전지 활성면적의 여러 지점에서 가스확산층과 유로판 사이에 설치하여 국부전류밀도 측정이 가능하여 가장 간단하고 경제적인 방법이다.

○ 2008년 소개된 한국기초과학지원연구원의 한옥희 박사의 기초기술연구회의 협동과제인 “연료전지 제자리 진단장치 개발” 연구가 돋보인다.

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