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PEMFC 분리판의 합금 선택과 다이 설계

전문가 제언: ○ PEMFC 스택의 주요 부분은 전극과 촉매 및 멤브레인이 있으나, 분리판(Bipolar Plate) 역시 전체 무게의 60%, 스택가격의 30%를 차지하는 중요한 구성품 중의 하나이다. 분리판은 여러 가지의 기능을 수행하게 설계하는데, 반응물을 활성 면에 균일하게 수송 분배하며, 활성 면에서 발생하는 열의 회수, 셀과 셀 사이의 전류 이동 및 반응물과 냉각제의 누설을 방지하게 된다.

○ 분리판은 저가이며 경량재료로서 제조가 쉬워야 하는데, 이러한 조건을 만족하기 위해서 분리판 재료의 개발이 진행 중이다. 연구하고 있는 주 재료로는 전기 그래파이트, 시트메탈, 그래파이트와 고분자의 복합재료가 있다. 최근의 리뷰에서 자동차의 PEMFC의 디자인과 제조 및 분리판 재료의 공학적인 보고가 많이 나와 있다. 분리판의 다양한 특성과 물리화학적 성질의 조합은 신 재료의 개발로 연결되고 있으며, 이 글은 5개의 대표적인 금속 재료에 대한 스탬핑 제조와 관련한 기계적 스트레인과 스트레스에 중점을 두어 상호 비교 값을 보고하고 있다.

○ 이 글은 금속합금을 기술하는데, 금속은 기계적 안정성, 전기와 열전도도 및 쉬운 가공성 때문에 좋은 재료인 반면, 분리판이 pH 2~3과 80℃의 운전조건에 노출되므로 부식되기 쉽다. 용해된 금속이온은 PEM막에 독작용을 하며, 부식층의 형성으로 전기저항을 높이고 셀의 출력을 감소시킨다. 이에 따라 코팅과 비코팅 금속이온이 모두 연구되며 주로 연구되는 금속은 Al, SS, Ti, Ni이다. 이글에서도 보고하고 있듯이 SS가 고강도, 화학안정성, 낮은 가스투과성 및 저가 등으로 우수한 재료이다.

○ 국내는 금속재료와 복합재료 등에 대한 PEMFC의 분리판 연구가 상당히 많다. 고려대와 전남대는 평행채널의 배플의 영향을 최근 발표하였고, 금오공대는 분리판에 TiB2를 첨가한 효과에 대하여 최근 보고하였다. KAIST는 PEMFC의 마그네슘 분리판의 성능평가를 보고하였는데, 재료의 낮은 밀도와 가공 용이성으로 무게저감 40%를 이루었다. 이외에도 POSCO의 SS분리판 제조 특허, 포항산업과학연구원의 단셀제조 특허 등 다수 나와 있다.

저자: Travis Lee Smith et al.
자료유형: 니즈학술정보