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무가습형 연료전지 전해질로 사용되는 프로톤성 이온액체

전문가 제언: ○ 이온액체는 실온 부근에서 융점을 가진, 이른바 용융염의 동류로서, 이온만으로 구성되며 실온 부근에서의 액체 성질은 지금까지의 액체(물, 유기용매 등)에서는 얻을 수 없는 아주 특이하고 유용한 성질을 나타내므로 이온액체는 제3의 액체로도 불린다. 이온액체는 아니온과 카티온으로 구성되므로 무수한 조합이 존재할 수 있어 용도에 따라 여러 분야에서 응용이 검토되고 있다.

○ 고체고분자형 수소연료전지(PEFC)는 애노드 측에 수소, 캐소드 측에 산소 또는 공기가 공급된다. 전극 촉매 상에서 애노드에서는 수소산화반응, 캐소드에서는 산소환원반응이 일어나며 그 포텐셜의 차가 외부에 기전력으로 발생된다. 전극 사이의 고분자 전해질막은 프로톤만을 통과하며 전자전도를 차단하는 역할을 한다.

○ Nafion 등의 일반적인 전해질막은 가습한 상태에서만 프로톤 전도성을 나타내기 때문에 PEFC에는 가습장치가 필요하다. 또한 물이 증발하는 100℃ 이상의 온도 영역에서는 성능이 크게 저하되므로 80℃ 이하의 온도에서만 운전이 가능하다. 물이 불필요하고 100℃이상의 고온에서 작동할 수 있는 프로톤 전도성의 전해질이 개발되면, 가습기가 불요하게 되고, 라디에이터에 의한 온도관리가 간단하게 되고 배열의 이용 효율이 향상되며 백금촉매의 반응활성이 향상될 것이다.

○ 프로톤성 이온액체는 이온액체로서 성질 이외에 활성 프로톤을 가지고 있으므로 활성 프로톤을 가진 이온이 영동, 확산하여 전극 계면에서 연료전지 전극반응을 진행되도록 하면 연료전지용 전해질로서 이용할 수 있을 것이다. 본고는 이온액체의 일종인 프로톤성 이온액체에 착안하여 그 특성을 연구하고 무가습 중온형 연료전지에 적용한 사례를 소개한 것으로, 프로톤성 이온액체의 연료전지 전해질로서의 가능성을 제시하고 있다.

저자: Tomohiro Yasuda, Masayoshi Watanabe
자료유형: 학술정보