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저온연료전지용 나노구조 비지지 촉매

전문가 제언: ○ 선진국의 경우 국가수소경량화 프로그램(미국), 수소연료전지 실증 프로젝트(일본), 청정 도시수송 프로젝트(유럽) 등의 연료전지 실증사업들이 추진되고 있으며 기반기술에서 크게 우위를 차지하고 있다.

○ 국내의 경우 연료전지 스택 및 시스템화 기술은 선진국에 근접하게 확보하고 있으나 핵심요소기술인 전극재료, 전해질 막 및 재료, 분리판 소재 등 90% 이상을 일본, 미국 등으로부터 수입하여 사용하는 실정이다.

○ 대표적 저온연료전지 PEMFC의 경우 현재 개발된 연료전지 중 가장 우수한 성능과 출력밀도를 가지고 있으나 산성분위기에서 느린 산소환원반응속도 및 낮은 전기화학적 안정성으로 인해 Pt 등의 귀금속 촉매를 사용해야 하고 이에 따라 비용 문제가 심각하다. 또한 멤브레인의 고온열화 문제 등이 실용화에 걸림돌이 되고 있다.

○ 연료전지의 상용화를 위한 필수요건으로 고성능, 장시간의 수명을 가진 촉매 및 멤브레인과 같은 MEA(membrane electrode assembly)의 성능 향상이 중요하다. MEA의 성능 저하요소로는 작동 중에 촉매의 소결 현상, 촉매의 활성저하, 부산물에 의한 부작용, 막의 퇴화, 기체 확산층의 성능저하 들이 있다. 이들 문제를 해결하기 위하여 국내에서는 전통적인 탄소 지지체를 대체한 탄소나노튜브의 이용, Pt합금에 금, 루테늄, 이산화티탄 등의 첨가, Pt 대체금속의 개발 등을 위한 기초 연구가 몇몇 기관에서 진행되고 있다.

○ 저온연료전지에서는 탄소지지체에 Pt를 흡착시킨 촉매를 광범위하게 사용하고 있으나, 연료전지 가동 중 탄소부식과 이로 인한 Pt 소결로 성능의 저하를 피할 수 없다. 따라서 최대의 질량활성도를 성취하고 장기간 안정성을 유지시킬 수 있는 새로운 방법으로 지지체를 사용하지 않고 나노촉매구조를 설계하려는 시도가 선진국에서 진행되고 있으며, 국내에도 이를 위한 연구기반을 확보할 필요가 있다.

저자: E. Antolini, J. Perez
자료유형: 학술정보