고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)

 수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서, 100 미만의 비교적 저온에서 작동되고 구조가 간단하다. 또한 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가지고 있으며 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료 사용할 수 있어 자동차의 동력원으로서 적합한 시스템이다. 이와 같이 PEMFC는 무공해자동차의 동력원 외에도 분산형 현지설치용 발전, 군수용 전원, 우주선용 전원 등으로 응용될 수 있는 등 그 응용 범위가 매우 다양하다.

 PEMFC에 대한 연구는 1955년 미국의 GE에서 처음으로 시작되어 1962년에 이미 1KW PEMFC 스택 2개로 이루어진 모듈을 Gemini 우주선 3호부터 12호에 사용하였다. 이후로 PEMFC를 연료전지자동차 등 민간용으로 응용하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

 대기오염의 주원인인 내연기관 차량을 대체할 수 있는 무공해 자동차로는 원래 배터리를 동력원으로 하는 전기자동차가 각광을 박고 있었다. 그러나 배터리를 전기자동차 동력원으로 사용할 겨우 충전 시 많은 시간을 요구하고, 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧으며 배터리의 수명이 짧은 문제점이 있다. 또한 전기자동차가 상용화 되면 많은 전기 충전소의 설치가 필요하며 여기서 사용되는 전기는 대규모 발전소에서 공급되므로 결국 오염원의 이동에 불과하다고 볼 수 있다. 따라서 전기자동차 동력원으로서의 배터리에 대한 단점을 보완하기 위하여, 연료전지 구동방식 또는 배터리와 연료전지를 동시에 사용하는 혼합형(hybrid) 자동차를 구성하는 방법이 최근에 출시되고 있다.

고분자 전해질 연료전지

 우리나라에서는 1990년대부터 대학을 중심으로 단위 전지에 대한 기초연구를 시작하였으며, KIST 연료전지연구센터에서도 1996년부터 고분자전해질 연료전지 원천기술을 개발을 시작한 후 2000 5KW급 스택을 제작하여 연료전지/배터리 하이브리드 골프 카트에 적용한 적이 있다.

고분자 전해질형 연료전지 특징

1. 고분자 막을 전해질로 사용

2. 촉매로 백금을 사용함으로써 비교적 고가

3. 저온에서 운전으로 사동성이 우수함.

4. 고체 막을 전해질로 사용함으로써 취급이 용이함.

5. 주로 자동차, 가정용으로 개발 

 

 

 

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