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고체고분자 연료전지에서 액체수 제자리 관찰을 위한 소프트 X선 영상장치 개발

전문가 제언: ○ Tokyo공업대학의 T. Tsushima, S. Hirai 그룹이 일본정부의 NEDO자금으로 ㈜Token(TUX-3110FC) 투영형 소프트 X선 현미경과 ㈜NF 회로설계 Block의 연료전지 평가시스템 및 Nissan 자동차의 협력을 얻어 실시한 고체고분자 연료전지 내 액체수 분포 가시화기술 개발과정을 소개한 보고서이다.

○ 5㎛의 고 공간분해능을 갖는 MRI기술이 개발되어 있고, 중성자 영상기술은 약 20㎛의 공간분해능을 보인다. 방사광 X선 영상에서는 30keV 이하의 X선을 사용하여 3~12㎛의 공간분해능과 3차원 CT기술의 결합으로 3차원 액체수의 가시화기술도 가능하게 되었다. 이들은 우수한 가시화기술이나 대규모시설이고 실험시설 이용시간의 제약 등을 받는다.

○ 셀 설계나 재료평가를 신속하게 수행하기 위해서는 실험실 규모에서 실시가 가능하고 고 공간분해능을 갖는 계측기술 개발이 불가결하다고 판단하여 10keV 이하의 소프트 X선 발생장치에 계측대상물을 근접시켜 기하학적 배율을 올리는 시스템을 이들은 개발했다. 상온과 운전온도에서의 가스확산 층과 미세 다공 층에서의 액체수분포를 공간분해능과 고 시간분해능으로 제자리 관측하여 상세한 액체수 거동 관찰이 가능함을 보고하고 있다.

○ 포항공대의 김무한 교수팀은 Michigan대학과 Cincinnati대 학팀과의 공동연구로 가동 중에 있는 고체고분자 연료전지 내의 수분분포를 X선현미경으로 관찰하고 동결현상으로 인하여 가스확산 층이 변형되는 것을 보고하고 있다. 2014년에는 Danish Power Systems의 T. Holst그룹은 E<25keV의 소프트 X선을 이용하여 고체고분자 연료전지 전극에서의 백금 담지량과 분포를 측정하고 있다.

○ 일본 Toyota는 2014년 말에는 70,000$ 수준에서 구매가 가능한 시판용 세단형 연료전지 자동차를 시판하고, 일본정부와 지방정부는 동급차량과의 차액의 75%를 보상하여 이의 보급을 촉진시킨다. 한국정부의 분발이 있어야 21세기 먹거리가 생긴다.

저자: P. Deevanhxay, S. Tsushima & S. Hirai
자료유형: 니즈학술정보