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가정용 연료전지 열병합발전시스템의 개발

전문가 제언: ○ 전기자동차 등에 사용되는 에너지원으로는 처음에 재충전이 가능한 이차전지가 연구되었지만 이차전지는 재충전에 충전시간이 많이 소요되고 주행거리가 석유연료 자동차에 비해 너무 짧은 단점이 있다. 이를 극복하는 방안으로 재충전이 필요 없는 연료전지가 개발되고 있다. 현재까지 개발되었거나 개발이 진행되고 있는 연료전지는 크게 4가지로 분류되고 있는데 연구자에 따라서는 직접메탄올연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)을 포함하여 5가지로 분류하기도 한다.

○ 그러나 고분자전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)를 제외한 PAFC, MCFC, SOFC는 작동온도가 200~1,000도로 너무 높기 때문에 자동차와 같은 일반 생활용품에 사용하는 데에는 문제가 있다. 따라서 최근에는 작동온도가 낮은 PEMFC에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며 또한 수소 대신에 보관과 운송이 용이한 알코올을 사용하는 연구도 수행되고 있다. 현재 개발 중인 대부분의 PEMFC는 수소를 연료로 사용하고 있다.

○ PEMFC의 전극은 고분자전해질에 백금계통 분말과 다공질 탄소를 혼합하여 제조하고 있으며 Backing 적층은 탄소시트 또는 탄소섬유를 사용하고 있다. 현재 고분자전해질 막으로 많이 사용되고 있는 물질은 Dupong사에서 생산하는 Nafion 막이며 지금까지 생산되어 시판되고 있는 물질 중에서 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 이것은 불소계통 고분자로서 접착력이 낮고 태그(tag)가 140도 정도로 낮아 80도 이상에서 장시간 사용하면 CO에 의한 전극 피독이 발생하여 그 성능이 현저히 떨어진다는 문제점이 있다.

○ 따라서 우수한 성능의 연료전지를 생산하기 위해서는 우수한 고분자전해질 막용의 고분자 합성과 단위전지 제조와 적층기술 개발이 필요하다. 본 자료는 일본이 개발하여 보급하고 있는 가정용 PEMFC 열병합발전시스템에 대해 서술하고 있다. 우리나라에서도 출연연구소를 중심으로 고정설치용 연료전지에 대한 연구개발이 많이 진행되어 기술이 거의 선진국 수준에 도달하고 있는데 일본의 개발현황을 알 수 있는 본 자료가 도움이 되기를 기대한다.

저자: Yukinori Akiyama etc.
자료유형: 학술정보