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연료전지용 유기-무기 고분자전해질 나노복합재료 멤브레인

전문가 제언: ○ 금세기에 들어와 고갈되어 가는 화석자원과 공해문제를 해결하기 위해 연료전지와 같은 경제적인 수소를 기반으로 하는 에너지 전환시스템의 개발이 시급하게 요청되고 있다. 프로톤 교환 멤브레인 연료전지는 1960년대 초에 Gemini 우주계획에서 사용되었으나 이에 사용된 슬폰화 폴리스티렌-디비닐벤젠 공중합체 멤브레인은 산화에 의해 열화되므로 장기간의 사용이 불가능하여 실용화로 연결되지 못하였다.

○ 현재는 DuPont사에서 개발된 고분자전해질(PEM)인 Nafion이 고분자전해질 멤브레인이 연료전지에 주로 사용되고 있다. 사용 수명이 길고 연료의 공급과 재충전이 가능한 메탄올 연료전지는 현재 실용화단계에 진입하였으나 80℃의 저온에서 연료전지가 작동한다. 그러나 고분자전해질 멤브레인 연료전지(PEMFC)의 주 용도로 기대되는 자동차용이나 휴대용 전자기기 또는 고정된 장소에서 발전장치로 사용되는 연료전지는 100℃ 이상의 고온에서 작동되는 연료전지가 필요하다. 미국의 에너지청은 자동차용 연료전지에 대한 가이드라인으로 120℃, 50% 상대습도에서 멤브레인의 프로톤 전도도로 0.1S/cm를 제시하고 있다.

○ 이러한 성능을 가진 연료전지를 얻기 위해서는 프로톤에 대한 높은 전도도, 전자, 연료, 산화제, 물 등에 대한 낮은 투과성을 가지며 산화나 가수분해에 대한 저항성, 건습상태에서 우수한 기계적 안정성을 가지는 고분자전해질 멤브레인을 얻어야 한다.

○ 유기-무기 복합재료로 구성된 나노복합재료 멤브레인은 나노스케일의 무기재료에 의한 강성, 열 안정성을 향상시킬 수 있으며 유기고분자 매트릭스에 의한 유연성, 가공성 등을 부여할 수 있을 뿐 아니라 고분자 매트릭스 내에 나노스케일의 무기재료가 분산되어 있어 통상적인 복합재료에 비해 무기충전제와 고분자 사이의 계면이 크게 증가하므로 우수한 물성의 멤브레인을 제공할 수 있다.

○ 최근 고분자전해질 멤브레인을 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 국내 연구자들에게 유기-무기 나노복합재료의 멤브레인의 개발에 관련된 본고의 내용은 매우 유익한 자료로 사료된다.

저자: Bijay P. Tripathi
자료유형: 학술정보