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 Electrode Membrane Fuel Cell (PEMFC)의 상업화가 활발히 진행되고 있다. PEMFC의 전해질로는 주로 Nafion 물질이 상용화 되어 사용되고 있지만, Nafion 사의 독점과 합성원료의 가격, 제조공정의 복잡성 때문에 생산비용이 높은 문제점을 가지고 있다. 가장 치명적인 단점으로 고온에서의 안정성 문제 및 저습에서 수소 이동도의 급격한 하락으로 성능이 급격히 줄어든다. 본 연구에서는 고비용의 전해질 단가를 낮추고 고온과 저습에서 안정한 고분자 전해질 개발에 관한 연구를 진행하고 있다. 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 복합한 새로운 전해질을 제조하였다. 천연고분자와 PEO의 비율, PEO 분자량 변화에 따른 복합전해질의 미세구조 및 물리적, 화학적, 전기화학적 성능을 SEM, XRD, FT-IR을 이용해 평가하였고, 그 결과 고분자전해질에 첨가된 PEO의 결정성이 사라짐을 확인했으며, Nafion에 비해 높은 열안정성과 수분안정성을 가졌다. Agar-based PEO film의 평균 이온전도도는 Nafion(6.3 x 10-3S/cm)에 비해 10-1의 값을 나타내었다.