[미국] 성능 뛰어난 새로운 연료전지 양성자 교환막 개발

미 DOE 산하 샌디아 국립 연구소 (Sandia National Laboratory)에서 폭넓은 온도조건에서 작동할 수 있는 새로운 자동차 연료전지 (fuel cell)용 양성자교환막 (proton-exchange membrane, PEM)을 개발하고 연구결과를 ‘Nature Energy’ 학술지를 통해 발표하였다.

현재 연료전지 구동 자동차에 사용되는 상용 PEM은 수분 조절이 매우 중요하다. 하지만 물의 끓는점 (100℃) 이상의 고온에서는 교환막이 건조해지면서 전기 저항이 증가되어 연료전지의 성능이 저하되는 큰 단점이 있다. 이러한 수분 조절은 전체 연료전지 시스템을 복잡하게 할 뿐만 아니라 연료전지 작동온도를 100℃이하로 제한해야 하는 원인이 된다. 또 다른 문제는 바로 비싼 재료 가격에 있는데, 현재 사용되는 PEM 재료의 가격은 제곱미터당 250-500 달러나 하는 반면, DOE는 이를 5-20 달러 선으로 낮추는 것을 목표로 하고 있다.

이러한 문제 해결을 위해 Sandia 연구팀은 수분조절 없이도 높은 수소이온 전도성을 가지면서 화씨 350 (=섭씨 177도) 이상의 고온에서도 작동할 수 있는 새로운 폴리벤지미다졸 (plybenzimidazole, PBI)계 양성자 교환막을 개발하였다. Sandia 연구팀은 자신들이 특허 출원한 교환막을 Los Alamos 국립연구소에서 개발한 최초의 암모니아 이온쌍 (ammonium-biphosphate ion pairs) 연료전지와 결합했는데, 그 결과 화씨 176-320도 범의위 온도에서 안정적인 성능을 보였으며, 습도변화에 잘 반응할 뿐만 아니라, 대부분의 상용 PEM 연료전지막보다 3배 이상 내구성이 오래 지속되었다.

[출처 = 녹색기술정보시스템(www.greenplatform.re.kr) / 2016. 09. 13]