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전해질 막 연료전지의 물 관리 문제

전문가 제언: ○ 연료전지 셀은 기본적으로 음이온(anion)을 모으는 애노드와 전해질 막과 양이온(cation)을 모으는 캐소드로 구성된다. 이 셀을 스택(stack)으로 연결하여 필요한 전위를 얻는다. 이를 연료전지 시스템이라 부른다. 연료전지 시스템은 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하기 때문에 직접발전이라고도 불리며 효율은 대단히 향상시킬 수 있다.

○ 이 전지 시스템의 연료로는 기체, 액체, 고체 모두 사용할 수 있으나 현재 실용화되고 있는 것은 수소를 원료로 하는 수소연료전지와 고체산화물 연료전지(SOFC)가 가장 주목받고 있다. 이들은 모두 부산물로 물과 열을 발생한다. 본 과제에 있어서도 물 관리 문제를 다룬 것이다. 양이온과 음이온은 모두 촉매에 의해 생성되고 또 전해질 속에서 이동해야 하므로 물이 필요하게 된다.

○ 물은 양이온의 도전성 보장을 위하며 또 전해질 막과 활성층 모두에 요구된다. 양이온의 이동은 젖은 매질에서 최대가 된다. 이온은 마른 곳에서는 설폰 결합이 분리되지 아니하여 이동할 수 없다. 반면 물 흐름 통로와 전극의 가스 기공에서 물이 생기고 불어나면 넘쳐 가스 확산을 막는다. 이는 또 출력전류를 불균일하게 만들며 전류밀도를 떨어뜨리는 문제를 발생한다.

○ 이와 같이 연료전지의 성능을 보증하기 위하여 전해질 막의 물 마름과 넘침 사이에 적절한 평형이 있어야 한다. 물 관리 면에서 볼 때 관리자는 연료전지의 물 평형을 운용함수로 관리하여야 하며, 전류밀도, 흡입 가스의 양, 상대습도, 온도 등을 분석할 수 있어야 한다. 연료전지의 개발은 물론, 운용을 위해서 물 관리에 대한 깊은 연구가 필요하다.

○ 연료전지에 대한 선진국 현황을 보면 미국과 일본은 실용화된 기술을 이미 보유하고 있고 고체산화물 연료전지에서 효율 40%에 이르고 있는 것이 개발되고 있다. 우리는 연료전지 개발을 정부에서 적극 지원하고 있는 단계이다. 각 기업들이 기술을 보유하고 있기 때문에 핵심 기술은 기업의 비밀로 되어 있는 상태이다. 수소연료전지와 같은 경우는 인프라 구축을 국가가 주도적으로 선행해 나아가야 할 것이다.

저자: N. Yousfi-Steiner,D. Candussoc,A. Aslanides
자료유형: 학술정보