고분자 수지 응용 양극산화 기법을 이용한 연료전지 분리판용 다공성 TiO2 제조

초록

전세계적으로 탄소 중립의 중요성이 대두되며 연료전지에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 연료전지의 구성요소 중에서 분리판(bipolar plate)은 연료와 물의 통로이자 단위 전지를 전기적으로 연결하는 핵심 부품으로 높은 가격 비중을 차지하고 있다. 현재 주로 사용되는 흑연 분리판은 기계적 강도가 낮고, 금속 분리판은 내식성이 낮은 한계점을 갖고 있으며, 귀금속 코팅 등의 표면 처리로 분리판의 부식을 막는 연구가 진행되었으나 이는 공정 비용이 높아 상용화에 어려움이 있다. 따라서 연료전지의 상용화를 위해선 기계적 강도와 내식성, 경제성을 모두 충족하는 새로운 분리판 소재의 개발이 필요하다. Ti는 강도가 높고 질량이 가벼운 금속이며, 산화막이 형성되면 높은 내식성을 나타내기 때문에 연료전지 분리판으로의 적용이 검토되고 있으나 일반적인 양극산화 기법으로 제조된 TiO2 피막은 접착 강도가 낮다는 단점이 있다. 본 연구에서는 고분자 수지를 이용한 새로운 Ti의 양극산화 메커니즘을 통해 fluoride-rich layer가 존재하지 않아 접착 강도가 우수하며, 다공성 구조를 지녀 셀 내부 물 관리에 용이한 TiO2 막을 제조하였다. 반응 전압, 시간을 변화시키며 산화피막의 두께 및 기공 크기를 제어하였으며, 주사전자현미경(SEM), X선회절(XRD)와 접촉각(Contact angle), 표면 거칠기(Surface Roughness) 시험을 통해 새로운 양극산화 메커니즘을 규명하고 제조 피막의 물리/화학/기계적 특성을 평가했다.