고분자전해질연료전지(PEMFC)용 천연고분자-PEO 복합전해질 제조 및 전기화학 성능평가

초록

최근 친환경 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 가정용 발전기 등 에너지 산업분야에서 저온형 연료전지인 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC)의 상업화가 활발히 진행되고 있다. PEMFC의 전해질로는 미국의 DePont사가 개발한 Nafion이 상용화 되어 사용되고 있지만, 제조공정의 복잡성 때문에 생산단가가 높고 DePont사의 독점생산으로 인하여 가격이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. 또한 Nafion은 고온에서의 안정성 문제 및 저습에서 수소 이동도의 급격한 하락으로 성능이 급격히 감소하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 고비용의 전해질 단가를 낮추고 고온과 저습에서 높은 이온전도도를 갖는 고분자 전해질을 개발하고자 하였다. 특히 멤브레인의 제조 단가를 낮추고 성능을 개선하기 위해 천연고분자 매트릭스(Agar)에 고분자 중에서 안정적인 구조와 높은 이온전도성을 나타내는 것으로 알려져 있는 Polyethylene Oxide(PEO)를 복합화한 새로운 전해질을 제조하였다. 천연고분자와 PEO의 비율, PEO 분자량 변화에 따른 복합전해질의 미세구조 및 물리적, 화학적, 전기화학적 성능을 SEM, XRD, FT-IR을 이용하여 평가하였다. 본 연구에서 제조한 멤브레인의 경우 PEO는 비정질 상태로 존재하였고, Nafion에 비해 높은 열안정성과 수분안정성을 가짐을 확인하였다. 수소이온전도도는 Nafion(6.3 x 10-3S/cm)에 비해 다소 낮은 값을 나태내었으나 향후 복합화 공정의 최적화를 통해 개선이 가능할 것으로 기대된다.