스택 주변장치별 기술개발동향 스택 주변장치별 기술개발동향 스택 주변장치별 기술개발동향 4) MEA, ,
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직접메탄올 연료전지 분야의 기술개발은 가격 저감과 성능 향상 내구성, 향상, 단소화를 중심으로 이루어지고 있으며, 특히 고분자연료전지 분야와 비교하여 상대적으로 초기 단계에 있어 국제적으로 추진되고 있는 표준화 규격과 연계하여 기술개발 활동이 진행되고 있다.
국내의 주요 기술개발은 직접메탄올 연료전지를 구성하는 핵심장치인 고 분자막 전극 접합체/ (MEA), 스택, 주변장치로 구분되어 진행되어 왔으며,
의 경우 공
MEA , 140mW/㎠ (DMFC, MeOH/Air, 80 ), 80mW/℃ ㎠ (DMFC,
기호흡형 MeOH/Air, 상온 를 목표로 추진되어 왔고) , 전체 비용 중 약 를 재료비가 차지할 만큼 소재의 가격 경쟁력을 구비할 수 있는 기 50~85%
술이 핵심을 차지하고 있다 구체적으로 장치별 가격을 비교해 보면 촉매의. , 비중이 가장 크고 그 뒤를 이어 바이폴라 판 전극의 순서로 비용을 차지한, , 다.
표 휴대용 연료전지 와 스택 구성 요소의 가격 비율
[ 2-8] MEA
촉매는 MEA의 성능과 가격을 좌우하는 가장 중요한 요소로서, 주로 합금 촉매 또는 순수 백금 촉매가 이용되어 왔으나 최근에는 가격
Pt/Ru ,
저감과 성능 및 내구성 향상을 위해 다양한 합금촉매와 카본담지체에 대한 개발이 진행되고 있으며 그 성과로, Pt/Ru/OsIr, Ru/Sn/Mo/Se 등의 메탄올 산화성이 우수한 4성분계 촉매를 비롯하여 메탄올에 대한 저항력이 우수한 비백금계인 Ru/Sn/Se 계통의 산화 환원 촉매 등이 개발되었다 또한 촉매. , 의 담지 능력과 분산성을 향상시키기 위해 CNT(Carbon Nanotube),
메조기공 탄소 를 사용한
CNH(Carbon Nano-Horn), (Mesoporous Carbon) 새로운 촉매의 개발도 추진되고 있다.
를 구성하는 또 다른 주요 장치인 고분자 전해질막은 수소이온 전도 MEA
성이 우수하고 반응물의 투과도가 적어야 하며 형상안정성 화학적 안정성, , 및 기계적 강도가 높아야 하며 이를 달성하기 위하여 이온전도도와 면저항, 은 각각 5~10×10-2S cm-1와 0.2~2 cmΩ -2 수준이 되어야 한다 현재까지는. 이온전도도가 우수한 Nafion 멤브레인이 가장 널리 사용되어 왔으나 메탄올, 의 투과도가 높은 단점이 있어 이를 개선할 수 있는 새로운 탄화수소계 및 복합 분리막의 개발이 진행되고 있다. Polyfuel사 등에서는 메탄올의 투과도 를 Nafion에 비해 50% 이하로 감소시킨 탄화수소계 분리막을 시판중에 있 으며 이외에도 메탄올 투과도가 작고 물이 없어도 수소이온의 전달이 가능, 한 플러런계의 수소이온 전도체나 상온 용융염을 전해질로 응용하려는 연구 도 진행되고 있다.
직접메탄올 연료전지 분야에서 스택은 단위전지를 수직 수평으로 연결하 여 원하는 용량과 크기로 적층 또는 연결시킨 것으로 경량 고강도 고전도성 기술 바이폴라형 스택 제조기술 모노폴라형 스택 제조기술
Bipolar Plate , , ,
경박단소화를 통한 출력밀도 향상기술을 중심으로 기술개발이 이루어져 왔 으며, 주변장치(BOP)의 경우에는 고효율 DC/DC 컨버터 효율( 90% 이상), 연료 및 공기 공급용 팬 펌프 연료 공급용 연료 탱크, , (Cartridge), 연료순환 및 물 회수 기술 연료혼합기 포함( ), 연료농도 제어용 센서 열교환기 애노드, ( 용 및 캐소드용), 시스템 운전 및 제어용 Micro-Processor를 중심으로 기술 개발이 중점 추진되어왔다.
그림 형 스택과 형 스택
[ 2-6] Bipolar Monopolar
직접메탄올 연료전지의 운전시스템은 중대형 시스템용인 active형과 소형 의 passive형으로 구분되어 개발되어 왔으며, active형은 메탄올 수용액 순 환용 펌프, 공기 공급용 blower, 메탄올 수용액 농도 제어용 센서 등의 소자들로 구성되어 있고 연료로는 에너지 밀도가 높은 순수메탄올을
active ,
탑재하며 내부에서 메탄올을 적정 농도, (3~10wt%)로 희석하여 스택에 공급 하고 공기극에서 발생하는 물은 회수하여 재사용하며 공기는 펌프 등으로, 강제 공급한다. Passive형은 펌프, blower, 밸브 등의 active BOP를 사용하 지 않으며 메탄올은 카트리지로 연료극에 공급하고 공기극에서는 자연 대, ,
류의 공기를 이용하며 공기극 생성수는 대기 중으로 자연 배출되도록 한다, .