PEFC의 물의 원위치 측정과 수송

전문가 제언

○ 폴리머 전해질막 연료전지(PEMFC, PEFC와 같은 뜻으로 쓰임)의 운전과 성능에서 시스템 내에서 효과적인 물의 관리가 대단히 중요하다. 그러나 보통 60~80℃ 사이에서 운전되는 PEMFC에서 반응성과 구성 재료의 수화를 위한 가습, 반응에서 생성된 물의 무리 없는 배출 등 물 관리의 적정수준을 유지하는 것은 상당히 복잡하다.

○ 과잉의 물이 가스확산층(GDL)과 가스채널에 축적되면 공급되는 반응물의 경로를 막아 산화제 부족과 성능손실을 가져온다. 이외에도 불균일 전류밀도, 열 제거의 불량 및 막불음을 일으킨다. 또한 과잉의 물은 냉동/해빙의 열 사이클에서 연료전지 부품을 탈리시킨다(플러딩 현상).

○ 반면에 충분한 물이 가해지지 않으면 전해질막 친수성 술폰산 체인의 탈수현상을 일으켜 불균일 반응 등으로 성능열화를 초래한다. PEMFC의 GDL은 MEA(Membrane Electrode Assembly)의 촉매층을 기계적으로 지지하면서 또한 열, 전자, 가스와 액체물이 이동하는 경로이다. 그래서 GDL은 PTFE(polytetrafluoroethylene) 같은 소수성 재료로 코팅하여 물을 쉽게 제거코자 하는 여러 가지 방안이 연구되고 있다.

○ 이 글은 연료전지 시스템 내에서 실제 운전을 진행하면서 가습한 물과 반응 생성된 물이 여하한 형태와 경로로 움직이는가를 원위치 측정하는 기법 개발을 소개한다. 과거 10년간 PEMFC의 물축적에 대한 시각화는 많은 기법이 발표되었다. 그러나 아직 불확정적이다.

○ X선 단층촬영과 싱크로트론 촬영법은 운전 중인 GDL의 물 이동 거동에 대한 내부를 보다 유용하게 보여준다. NMR과 빔 조사는 순간해석에서 다소 제약이 있다. 국내에서 PEMFC연구는 연료전지의 주류를 이루다시피 하면서 KIST, KIER 등 연구기관 및 대학은 물론이고, 중소기업도 퓨얼셀파워 등 연구 또는 일부 상업화 제품을 보급하고 있다. 주지하는 대로 이 글에서 논하는 플러딩 현상의 억제와 고가의 백금촉매의 대체나 저감기술 개발 등이 공통으로 안고 있는 과제이다.

저자

Shojji Tsushima et. al.

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

59(1)

잡지명

分析化學

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

1~11

분석자

손*목

분석물

• PEFC의 물의 원위치 측정과 수송.pdf [388,509 byte]

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