전기화학 에너지 전환을 위한 복층유체 셀(Co-laminar flow cell)

전문가 제언

○ 연료전지 중에서 폴리머교환막연료전지(Polymer Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 및 리닥스흐름전지(Redox Flow Battery, RFB) 등은 폴리머전해질막(Polymer Electrode Membrane, PEM)을 사이에 두고 각각 반쪽반응(half cell)을 일으켜 다시 전기에너지로 전환된다.

 

○ 이때 사용하는 PEM은 막전극집합체(Memebrane Electrode Assembly, MEA)로 구성되는데 전극은 백금 등 촉매물질이, 멤브레인은 주로 다우케미컬의 Nafion을 사용한다. Nafion은 양극과 음극 양쪽의 반쪽반응을 잘 일어나게 해주고 단지 프로톤만을 멤브레인을 통과하여 반대쪽에서 환원반응을 완성, 전자의 이동이 전기를 발생한다.

 

○ 현재까지는 Nafion이 독보적인 존재로서 고가로 팔리는데, 이를 대체할 다른 멤브레인의 개발은 많은 연구를 하고 있으나 뾰족한 대체품이 없다. 이때 문제가 되는 것이 반응물의 크로스오버이다. DMFC는 메탄올이, 다른 전지도 삼투압에 의한 크로스오버가 있고, 또 NASA가 개발한 우주미션에서는 역반응으로 연료와 산화제를 재생성한다. 이때 반응물들은 충방전 과정에서 상변화를 일으키기도 하여 효율을 떨어뜨리기도 한다.

 

○ 이런 문제를 해결하기 위하여 복층유체 셀을 연구한다. 이 기술은 미소유체를 일정속도 아래(Re<10)로 흘리면 2개의 스트림이 섞이지 않고 층류를 이루며 흐르는 것을 이용한다. 실제 용도는 DNA 분석, 분자포지셔닝 등 폭넓게 사용된다. 문제는 이 기술이 높은 출력밀도를 얻기가 아직 힘들다는 것과 복층유체의 흐름을 유지하기 위한 스케일 업을 하는 데 어려움이 있는 점은 더 연구가 필요하다.

 

○ 미세유체 연료전지는 연대와 KIST 및 강원대의 기계 바이오 융복합 연구그룹 등에서 연구한다. 한국세라믹연구원과 포항공대 등에서도 나노공법을 이용한 설계기법 등에 관한 연구가 이루어지고 있다.

저자

Marc-Antoni Goulet

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2014

권(호)

260()

잡지명

Journal of Power Sources

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

186~196

분석자

손*목

분석물

• 전기화학 에너지 전환을 위한 복층유체 셀 (Co-laminar flow cell)).pdf [389,540 byte]

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