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양자교환막 연료전지의 막전극 접합체의 봉합기술

전문가 제언: ○ 지구온난화를 방지하고자하는 환경문제와 화석자원의 한정적 부존량이 가져오는 글로벌 에너지 문제에 대한 안보는 신재생에너지를 개발해야하는 당위성을 안고 있다. 신재생에너지 중 양자교환막 연료전지(PEMFC)는 분산전원이나 자동차용 탑재 전원으로 사용되고, 연료전지 5종중에서 작동온도가 120℃ 전후로 가장 낮은 점이 강점으로 꼽힌다.

○ PEMFC에서 봉합문제가 중요한 것은 다른 종류의 연료전지에서도 같은 현상이지만, 캐소드 반응 물질과 애노드 반응 물질이 엄격하게 분리되어 애노드 반응물질인 수소가 전극에서 일어나는 전기화학 반응을 거쳐 양자로 변한다. 이 양자가 전해질 멤브레인을 통과한 후, 캐소드 반응 물질인 산소와 반응하면서 물을 생성하고, 이때 일어나는 전자의 이동이 전기로 되어 발전하게 된다.

○ 연료전지로부터 많은 출력을 필요로 하면, 연료전지의 단위 셀을 적층하여 스택으로 구성하게 되는데 이때 수십장에서 많게는 수백장의 단위 셀을 스택으로 쌓게 된다. 단위 셀은 일반적으로 분리판, 개스킷, MEA, GDL, CL 유체장 플레이트로 구성되는데, 누설에 대비하여 압력을 가하여 구성품들을 조립한다.

○ 이때 가하는 압력의 조절이 중요한데, 개스킷은 일정 범위 내에서 변형이 일어나고, 압착되어 변형하면서 다른 접촉 구성품들과 치밀한 접촉을 하여 그 속에서 유로를 형성하고 봉합 성능을 잘 유지하게 해준다.

○ 가장 큰 문제 중 하나인 봉합문제는 체결상태에 따라 다양하게 발생하는데, 불충분한 봉합은 연료와 가스의 누출, 반응가스의 크로스오버, 내부연소 등 불완전 접촉으로 인한 문제의 원인이 된다. 또한 과도한 체결하중은 GDL과 MEA등 고가의 귀중한 스택 구성품에 대한 심각한 손실을 준다. 이글은 봉합 방법에 대한 기술이 요약되어 있으며 지면의 제약상 그림은 생략하였다. 연구자들은 원문을 참조하기 바란다.

저자: Dong-hao Ye, Zhi-gang Zhan
자료유형: 학술정보