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자동연료전지의 전극촉매 접근법과 도전

전문가 제언: ○ 안정하고 재생 가능한 원료로부터 얻은 수소가 전력원이 되는 자동차용 산소-수소 연료전지는 비공해성 자동차 동력의 이상적인 해법으로 지난 15년 동안 집중적으로 연구개발 되었다. 그러나 성공적인 상업화를 위해서는, 정확한 성능목표를 충족하는 연료전지의 핵심 부품인 산소환원 전극촉매들이 필요하다.

○ 자동차용 연료전지로 운전되는 소형 시험 자동차의 최근 성능은 모든 면에서 상용화 전단계의 과학기술에 접근한 양성자교환막(PEM) 연료전지의 15년간 집중적인 개발을 반영한 것이다. 그러나 가격 경쟁적이 있는 대량생산을 위해서는 실제로 많은 부분에서 기술이 발전해야 한다. 이를 위해 연료전지의 성능, 지속성 및 가격을 결정하는 주된 요소들을 개발하여야 한다.

○ 화력발전에서는 열에너지의 전기에너지로 전환효율이 약 30%이상을 초과할 수 없는 반면에 자동차용 연료전지에서는 이론적으로 에너지원의 약 70%까지 전력에너지로 전환될 수 있다. 그러나 실제적으로는 연료전지에서 기체반응물들의 압력, 연료전지의 온도, 최적전극촉매의 합성, 연료전지의 적절한 디자인, 연료전지 환경의 조성 등 장치설비와 가동메커니즘은 매우 복잡하고 난해하여 상업화가 시작조차 어려운 게 현실이다.

○ 고성능, 장기지속성 및 낮은 가격을 가지는 가능한 최저의 백금족 금속(PGM)을 전극촉매로 사용한 막전극 조립체(MEA)의 단위연료전지가 연구되고 있다. PEM 산소-수소 자동차용 연료전지 cathode에서 일어나는 ORR과 anode에서 일어나는 HOR 모두 백금계 촉매의 표면에서 일어나며, 순수한 물과 열이 유일한 생성물들이므로 청정 연료전지 자동차이고, 대용량 연료전지의 상업화는 차세대 자동차용 연료전지로 유용하다. 지속성과 경제성을 유지하면서, ORR 반응속도 활성도를 최적화하는 PEM 연료전지 전극촉매의 새로운 접근법이 필요불가결하다.

저자: M. K. Debe
자료유형: 학술정보