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고온 고분자전해질 막 연료전지

전문가 제언: ○ PEMFC 연료전지 부문의 탈출구일 수 있는 고온의 HT-PEMFC에 대한 연구는 상당히 많이 실시되어 왔지만, 그러한 연구의 대부분은 고분자 전해질 막에 한정되어 있다. 고분자 전해질 막이 HT-PEMFC의 상용화에 최대의 장애현상이 되고 있는 것도 사실이지만, 막 재료의 운전온도는 아직도 중간 수준인 80~130℃에 머무르고 있을 따름이다.

○ HT-PEMFC의 운전온도 80~130℃ 이상에서는, 산으로 도핑한 막이 지배하고 있다. 이러한 막은 습분화 시스템을 완전히 폐기시킬 수 있고, 연료의 불순물에 대한 내성이 높지만, 산의 침출성을 높이어 시스템의 디자인을 훨씬 복잡하게 만들고, 고온으로 인한 시동시간이 길어져서 수송 분야의 적용성을 어렵게 만든다. 그러므로 운전온도를 낮추고 새로운 막 재료를 개발해 나갈 필요가 있다.

○ HT-PEMFC에서는 고온으로 인해 촉매층의 부하율이 낮아져 대체 촉매를 개발해야할 필요성이 생기게 된다. 아직도 산-염기 시스템에 대해서는 촉매와 촉매층의 과제가 남아있고, 산은 촉매의 노화를 촉진시키고 있다. 현재의 기체확산층 및 흐름조절판 재료는 저온 및 고온의 PEMFC에서 동시에 이용되고 있지만, 개선의 여지는 남아있다. 흐름 조절판을 코팅처리하게 되면 고온 환경에서도 내구성은 향상되게 된다.

○ HT-PEMFC의 성공여부는 막 재료의 개발에 크게 의존하고 있다. 막 재료의 개발 후에 막전극장치를 최적화해야 하는 것이므로, 막 재료가 막전극 장치의 제작기술, 흐름조절판 재료의 선정, 스택 디자인, 시스템 디자인 등을 결정하게 된다. 현재 이러한 요구사항을 충족시킬 수 있는 막 재료는 산으로 도핑 처리된 폴리벤즈이미다졸 뿐이다.

○ 우리나라에서도 학술적으로는 HT-PEMFC에 대한 연구는 선진국 못지 않게 연구하고 있으나, 자동차용의 돌파구는 마련되고 있지 않은 실정이다. 자동차용의 HT-PEMFC 외의 발전소용으로 초고온의 600℃를 운전온도로 하는 세라믹 막을 이용한 HT-PEMFC 시스템은 포스코에서 미국의 기술을 도입하여 국산화 및 발전시키려고 포항의 죽전 연료전지 산업단지 조성을 추진하고 있다.

저자: Amrit Chandan, Mariska Hattenberger, Ahmad El-kharouf, Shangfeng Du, Aman Dhir, Valerie Self
자료유형: 학술정보