| 초록 |
1. 서론 최근 수소경제에 대한 관심이 높아지면서, 수소연료전지를 이용한 수소차 양산 및 발전형 연료전지 개발에 많은 관심이 몰리고 있다. 양이온교환막연료전지(PEMFC)의 상용화를 위해 높은 성능 및 효율뿐만 아니라, 현재 연료전지의 생산 단가를 낮추기 위한 노력이 필요한 시점이다. 연료전지 생산 가격의 40% 이상을 차지하는 것은 연료전지 촉매물질이 아닌 “막” 물질로, 여러 방면에서 기술적인 그리고 경제적인 기준을 충족시킬 수 있는 고분자 막에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 현재까지 가장 상용화에 근접해 있고 기준이 되는 양이온교환막 고분자물질은 1960년대 Dufont사가 개발한 나피온(Nafion) 고분자로(그림 1), 높은 기계적 화학적 안정성을 위해 불화처리(fluori-nated)된 탄소 사슬에 많은 설포기(-SO3-)들이 붙어 있어 막으로 사용되었을 때 높은 수소이온(양이온) 전달속도를 보인다. 이러한 나피온 고분자가 현재 시장을 대부분 점유하고 있지만, 몇 가지 문제점들 또한 가지고 있다. 첫째, 연료전지의 높은 구동 효율 및 백금전극의 일산화탄소 피독 효과를 줄이기 위해 100oC 이상의 고온 양이온교환막연료전지에 대한 필요성이 대두되지만, 나피온 고분자들은 고온에서 기계적, 화학적 안정성이 매우 떨어져서 사용이 불가능하다. 둘째, 복잡한 제조 과정으로 인해 나피온 막과 이오노머(ionomer)들의 소재들은 현재 매우 높은 가격을 형성하고 있다. 셋째, 구동 조건에서 전해질 및 반응을 주입 시 존재할 수 있는 불순물에 대해 영향을 크게 받는 편이다. 나피온 고분자는 일반적으로 전하를 띠는 다른 양이온 불순물들과 결합력이 강하여, 이들이 흡착될 시 이온 전달 능력이 확연하게 떨어지는 문제점이 있다. 이에 따라 새로운 형태의 고분자들을 개발하여 양이온교환막으로 적용해보고자 하는 연구들이 이루어지고 있고 필요성 또한 생겨나고 있다. 앞으로 본 보고서에서 다루게 될 방향족계(aromatic) 고분자 또한 그 한 예이다. 현재 연구되고 있는 방향족계 고분자들의 소재 및 그 특성 등을 중심으로 연구 동향에 대해 서술하려고 한다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
