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카본 합금계 연료전지 촉매

전문가 제언: ○ 고체고분자형 연료전지는 소형으로 가볍고 상온에서 작동이 가능하며, 출력과 기동성이 우수하기 때문에 수송기관용 동력원으로 많은 관심을 가지고 있다. 구조는 수소이온 전도성을 가진 고분자를 전해질로 사용하고 막 양쪽에 백금을 담지한 전극을 접합시킨 구조이다. 양극(연료 극)에 공급된 수소는 산화되어 H+로 음극(전기 극)으로 이동하여 산소를 환원시켜 물을 생성한다.

○ 고분자 전해질 연료전지의 촉매로는 탄소에 백금이나 백금-루테늄을 담지한 합금이 주로 사용되고 있다. 촉매의 입자크기는 2~4㎚, 탄소입자의 크기는 20~100㎚ 정도이다. 촉매의 입자의 크기가 작을수록 표면적이 넓어져 활성이 높아지나 응집 때문에 촉매입자의 크기를 줄이는데 한계가 있다. 탄소입자의 경우 크기가 자아지면 분산도가 높아져 촉매활성이 커지나, 너무 작으면 미세기공에 촉매가 파묻혀 반응이 떨어져 적절한 크기로 조절하는 기술이 필요하다.

○ 탄소재료에 산소환원성을 부여하기 위해서는 나노쉘 구조의 도입, 질소-붕소 등의 이질원소 도입 및 나노쉘에 이질원도를 도입하는 방법이 있다. 이 문헌에서는 나노쉘계 카본촉매의 도입과 고성능화를 위한 나노쉘의 재료설계에 대하여 설명하고 있다. 이 나노쉘 구조에 대한 연구는 좋은 아이디어라고 생각된다.

○ 고체고분자형 연료전지의 상용화를 위해서는 비용의 절감과 신뢰성이 확보되어야 한다. 금속 분리판과 멤브레인-전극 복합체 개발이 중요하다. 현재 탄소를 이용한 연구가 가장 많이 수행되고 있으나, 기타 재료에 대한 연구도 발표되고 있다. 국내 관련 연구자들의 관심을 가지고 문헌을 검토하기를 기대한다.

저자: Junichi Ozaki
자료유형: 학술정보