연료전지, DMFC 실용화 “주목”
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소형화에 카트리지 형태로 관심 증대 … PEMFC도 휴대기기 적용 연료전지는 수소, 메탄올(Methanol) 등 연료와 산화제인 산소의 화학반응에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 직류 전류를 생산하는 발전(發電)형 전지로 시장이 확대되면서 용도에 대한 구분이 명확해지고 있다.소형 연료전지에 가장 많이 사용되는 것은 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)와 고분자전해질연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)이다. 특히, 소형 연료전지는 휴대용 정보통신기기의 사용환경에 큰 변화를 가져다줄 것으로 보이는데, 재충전 없이 휴대폰을 1개월 이상 사용한다든지 노트북 컴퓨터를 간단한 연료카트리지 교환만으로 연속 사용할 수 있게 되며, 무선호출기, 디지털 캠코더/카메라, 보청기, 전자식 도어록, 휴대용 전원장치 등에도 광범위하게 사용될 수 있다. 연료전지(Fuel Cell)는 일반적으로 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지로 전해질막을 사이에 두고 양쪽에 애노드(연료극)과 캐소드(산화극)가 위치하며, 애노드 쪽으로 수소, 메탄올 등의 연료가 공급되고, Cathode에는 산소(공기)가 공급된다. 연료전지의 단위전지 구조는 막-전극 접합체(Membrane-Electrode Assembly: MEA)의 인접해 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)이 위치하는데, GDL은 다공성의 카본종이나 카본천으로 만들어져 있으며, 전극 즉, 촉매층을 지지하고, 반응기체가 전극에 골고루 분산되도록 하며, 전극에서 발생된 전자를 모아 외부의 전기회로로 이동시키는 전기집전체(Current Collector)의 역할을 하게 한다. GDL의 외곽에는 분리판(Separator 또는 Bipolar Plate)이 위치하게 되는데, 분리판은 전기전도성과 내부식성이 뛰어난 그라파이트를 사용하며, 분리판의 표면에는 홈이 파여져 있어서 반응물이 주입돼 전극에 공급된다.
직접메탄올연료전지(DMFC)는 수소탱크와 개질장치가 필요 없고 연료전지도 소형화할 수 있기 때문에 휴대폰 등 휴대용 전원으로의 응용이 가능하며 카트리지 형태로 부착했다가 언제든지 교환할 수 있는 장점이 있어 노트북 컴퓨터나 무전기 등에도 곧 실용화될 전망이다. 고분자전해질연료전지(PEMFC)는 수소 이온전도성 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 100℃ 이하의 저온에서 작동되며, 연료로는 수소를 사용하고, 산화제로는 산소를 사용한다. 이때 연료인 수소는 수소 저장탱크나 연료개질장치로부터 공급받게 되고, 산소는 공기로부터 얻게 된다. 고분자전해질연료전지는 높은 에너지밀도와 빠른 응답성으로 자동차회사에서 관심이 매우 높으며 소형화가 용이해 가정용 발전장치나 휴대기기에 적용도 시도되고 있다. 표, 그래프: | 연료전지의 구조 및 단위전지의 구성 | <화학저널 2005/09/29> |
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