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탄소섬유 위에 탄소나노튜브의 직접 성장공정

전문가 제언: ○ 연료전지의 응용기술은 발전효율이 높고, 연료의 다양화와 환경친화성도 뛰어나기 때문에 새로운 발전 기술로 기대되고 있다. 특히 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 상온 작동으로 출력밀도가 높고 기동성이 뛰어날 뿐만 아니라 가볍고 소형이기 때문에 수송기관용 동력원으로 주목받고 있다.

○ 최근 소재산업에 일대 혁신을 일으키고 있는 차세대 소재인 탄소나노튜브(CNT)가 연료전지의 주요 소재로 이용됨에 따라 낮은 전압으로 전자방출 전류를 종래의 연료전지보다 최대 100배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 가볍고 소형화된 연료전지는 휴대폰, 카메라, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대형 전자기기의 에너지 변환장치 용도로서 유망하다. 이러한 장치들에서는 연료전지 에너지밀도의 최대화는 물론 부피와 무게의 최소화가 핵심적인 요구조건이기 때문에, 이러한 관점에서는 CNT가 가장 적합한 소재라 할 수 있다.

○ 미국특허 2008/0247938 A1에서는 탄소섬유 기질 위에 직접적으로 CNT 를 성장시킴으로써 촉매의 높은 비표면적과 촉매층과 확산층 사이의 계면에서 낮은 저항을 갖도록 하는 연료전지의 전극촉매 지지체를 제조하는 방법을 제시하였다. 특히, 금속층으로 Ti 필름을 적용함으로써 CNT와 탄소섬유 기질과의 접착이 매우 우수하게 개선되었으며, 전극의 전기화학반응 영역 및 전기화학저항이 종래의 카본블랙/탄소 천으로 제조된 전극의 것에 비해 매우 우수하다.

○ 우리나라의 경우, CNT에 관련한 원천기술 특허는 선진국에 비해 거의 전무한 수준이지만 CNT의 응용 및 공정기술은 선진국과 대등한 수준이라 할 수 있다. 일진나노텍이 CNT를 연료전지 소재로 이용한 직접 메탄올연료전지(DMFC) 개발 로드맵을 제시한 바 있다. 일진나노텍은 현재 CNT 페이스트를 개발하고 있으며, 2010년까지 연료전지용 나노카본을 개발, 생산할 계획이다. 2010년경에는 연료전지 촉매의 양산과 함께 투명전극, 센서, 노트북 컴퓨터용 연료전지 등에 CNT를 적용함으로써 성능의 극대화에 의한 경쟁력을 확보할 목표를 세우고 있어 향후의 성과가 기대된다.

저자: Ming-Chi Tsai, Chuen-Horng Tsai, Tsung-Kuang Yeh
자료유형: 특허정보