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고온 연료전지에 이용되는 폴리벤즈이미다졸 프로톤 교환 멤브레인

전문가 제언: ○ 연료전지는 전기화학적 디바이스로 공해물질의 방출을 최소로 하면서 높은 에너지 전환효율을 보이는 것으로 알려져 있어 화석에너지의 대체 에너지원으로 태양전지와 더불어 크게 각광을 받고 있다. 5가지의 연료전지 중에서 프로톤 교환 멤브레인 연료전지가 자동차용이나 대량 에너지를 생산하는 시스템에서 가장 실용화 가능성이 큰 것으로 알려지고 있는데 액체 전해질을 사용하는 연료전지에 비해 고체 프로톤 교환 멤브레인은 취급이 보다 용이하고 콤팩트하며 대량생산에 적합하므로 가스 상의 반응물 투과에 대한 우수한 저항성을 가진 박막으로 제조할 수 있는 이점이 있다.

○ 대부분의 프로톤 교환 멤브레인 전지의 프로톤 교환 멤브레인은 시판되는 Nafion 수지를 사용하여 만들어지는데 이 멤브레인 재료는 프로톤 전도에 물을 이용하므로 작동온도가 80℃를 넘지 못하며 그러므로 낮은 작동온도에서 기능하는 연료전지를 개발하려는 노력이 시도되고 있으나 수소 저장탱크, 탄화수소나 알코올 개질 장치와 이에 따르는 일산화탄소 제거장치 등으로 연료처리 장치가 너무 복잡하여 원가를 상승시키므로 실용화가 어렵다.

○ 최근에는 높은 온도에서 연료전지를 작동시키는 것이 훨씬 유리한 것으로 인식되고 있으며 특히 고온에서 작동하는 자동차 등에 필요한 연료전지는 고온에서 고효율과 내구성을 가진 것이 요구된다. 이러한 의미에서 열적, 기계적 성질이 우수한 염기성 비정형 고분자인 폴리벤즈이미다졸 수지가 고성능의 고분자 전해질 멤브레인이 연료전지 재료로 주목을 받고 있다. 특히 강조해야 될 점은 고온에서 작동하는 연료전지의 촉매가 배기가스에 포함되는 일산화탄소나 황화물에 대한 전극의 관용성이 증가되는 점을 고려할 때 고온에서 작동하는 연료전지의 중요성은 배가된다.

○ 본고는 고온에서 작동할 수 있는 고체 고분자 전해질 멤브레인의 재료인 폴리벤즈이미다졸의 특성과 연료전지의 기능에 대해 소개한 것으로 앞으로 성장이 기대되는 연료전지에 대한 기초 자료를 제공하고 있다.

저자: Qingfeng Li
자료유형: 학술정보