이덕현 교수팀 양성자 교환 막 연료 전지용 촉매층
국립안동대학교 전기·신소재공학부 이덕현(43) 교수팀이 저습도에서 뛰어난 성능을 발휘하는 양성자 교환 막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 촉매층을 개발했다.
3일 안동대학교에 따르면 양성자 교환 막 연료 전지(PEMFC)는 저온 운전에서 높은 발전 효율과 뛰어난 에너지 밀도를 가진 친환경 에너지 기술로 주목받고 있으며 가스 확산층, 촉매 층, 양성자 교환 막으로 구성된 막 전극 조립(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 적절한 수분 유지는 양성자의 전도도를 유지하는 데 중요하다.
또 양성자 교환막의 탈수와 촉매 층의 감소는 낮은 습도에서 PEMFC의 성능을 저하시키며 고출력 운전 중에 발생하는 과도한 수분은 가스 확산과 양성자 이동을 방해하고 촉매층의 침수를 유발할 수 있으며 실제 환경에서 PEMFC는 낮은 습도 환경에서 운전해야 하므로 가습기를 사용해야 하고 가습기는 PEMFC의 유지 보수 비용과 시스템 크기를 증가시키는 문제가 있다.
이 연구에서는 이온 전도성과 수분 보유 능력을 갖춘 양쪽성 이온 고분자(ZWIP) 기반 고분자인 Poly(sulfobetaine methacrylate) (pSBMA)를 MEA 첨가제로 선택했다.
이로인해 일반적으로 스스로 가습이 어려운 양극의 촉매층에 pSBMA를 첨가함으로써 흡습성을 통해 수분을 유지하고 저습도에서 MEA의 이온 전도성능을 향상시켰으며 전기화학 분석 결과 MEA에 5 wt%의 pSBMA를 첨가 함으로써 상대습도 19%에서도 높은 발전효율을 갖는 것을 확인했고 70시간 이상의 장기 내구성 테스트에서도 촉매층의 효율이 유지됨을 보여주었다.
이번 연구 성과는 PEMFC의 저습도 조건에서의 운전과 성능 향상을 위한 중요한 진전으로 받아들여질 수 있으며 지속 가능한 에너지 생산의 가능성을 높였다.
이 연구결과는 ACS Applied Energy Materials지에 지난달 28일자로 게재됐으며 국립안동대학교와 미국 캔자스대학교(University of Kansas), 한국생산기술연구원의 공동 연구로 수행됐다.
3일 안동대학교에 따르면 양성자 교환 막 연료 전지(PEMFC)는 저온 운전에서 높은 발전 효율과 뛰어난 에너지 밀도를 가진 친환경 에너지 기술로 주목받고 있으며 가스 확산층, 촉매 층, 양성자 교환 막으로 구성된 막 전극 조립(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 적절한 수분 유지는 양성자의 전도도를 유지하는 데 중요하다.
또 양성자 교환막의 탈수와 촉매 층의 감소는 낮은 습도에서 PEMFC의 성능을 저하시키며 고출력 운전 중에 발생하는 과도한 수분은 가스 확산과 양성자 이동을 방해하고 촉매층의 침수를 유발할 수 있으며 실제 환경에서 PEMFC는 낮은 습도 환경에서 운전해야 하므로 가습기를 사용해야 하고 가습기는 PEMFC의 유지 보수 비용과 시스템 크기를 증가시키는 문제가 있다.
이 연구에서는 이온 전도성과 수분 보유 능력을 갖춘 양쪽성 이온 고분자(ZWIP) 기반 고분자인 Poly(sulfobetaine methacrylate) (pSBMA)를 MEA 첨가제로 선택했다.
이로인해 일반적으로 스스로 가습이 어려운 양극의 촉매층에 pSBMA를 첨가함으로써 흡습성을 통해 수분을 유지하고 저습도에서 MEA의 이온 전도성능을 향상시켰으며 전기화학 분석 결과 MEA에 5 wt%의 pSBMA를 첨가 함으로써 상대습도 19%에서도 높은 발전효율을 갖는 것을 확인했고 70시간 이상의 장기 내구성 테스트에서도 촉매층의 효율이 유지됨을 보여주었다.
이번 연구 성과는 PEMFC의 저습도 조건에서의 운전과 성능 향상을 위한 중요한 진전으로 받아들여질 수 있으며 지속 가능한 에너지 생산의 가능성을 높였다.
이 연구결과는 ACS Applied Energy Materials지에 지난달 28일자로 게재됐으며 국립안동대학교와 미국 캔자스대학교(University of Kansas), 한국생산기술연구원의 공동 연구로 수행됐다.
