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PEMFC의 Pt 촉매층의 열화

전문가 제언: ○ CO2 배출이 심각하여 지구 기후변화를 지키고자 하는 노력이 세계적으로 가장 중요한 과제가 되었다. 온실 가스의 저감은 신재생에너지의 개발로 이어지는데, PEMFC는 이에 대한 중요한 대안의 하나이다. PEMFC는 가정용(정치형)과 자동차용 등 용도가 다양하며, PEMFC 중 막전극접합체(MEA)는 비용과 성능 향상을 위한 많은 연구가 이루어지고 있음에도 백금 촉매가 아직 주류를 이루고 있는 상황이다.

○ 우선 자동차 분야를 보면, CO2 배출원의 하나인 내연기관 자동차는 하이브리드/전기차(HV/EV)와 장기적으로는 연료전지차(FCV)로 대체될 것으로 기대된다. FCV 개발은 비용이 가장 큰 문제이다. 앞으로 일반차량에 버금가는 인기를 가지려면 그의 가격을 대량생산에서 1/10, 재료나 시스템의 향상으로 1/10을 줄여 전체적으로 1/100로 저감해야한다.

○ 자동차용 연료전지의 백금 촉매 사용량은 배기량 4,000cc에 약 100g이 소요된다. 이의 가격은 40만 불의 고가로 자원과 미분화 공정 등이 포함된 가격이다. 백금촉매에 관한 연구는 역사가 긴데, 70년대에 연료전지의 양극재료로 사용되면서 본격 연구가 이루어 졌다. 최근 비 백금 촉매를 사용, 연료전지의 최고치인 0.2 W/cm2의 출력이 보고된 적도 있는데, 이는 탄소 골격에 공유결합으로 질소를 도입하여 카본 알로이 촉매(CAC)를 이용한 것이다.

○ 백금촉매의 저감이나 대체 연구가 많이 이루어지고 있는 가운데, PEMFC의 내구성과 열화 기구를 조사하는 것은 중요하다. 이에 대한 실험적 방법은 실제 상황을 모사하는 AST 등이다. 이 글은 모델화한 시험 장치에서 보다 발전된 촉매의 성능을 구하고자 하는 노력이 기술되어 있다. 국내는 KIER와 KIST 등이 PEMFC의 시스템과 MEA의 성능개선을 위한 활발한 연구를 수행 중이다. 연구는 인력, 예산과 시간의 싸움이다. 국가적 지원이 필요한 부분이다.

저자: Shengsheng Zhanga et. al.
자료유형: 학술정보