연료전지 연구 및 개발의 방향

연료전지 연구 및 개발의 방향

1. 들어가며

현재까지 발전된 여러 형태의 연료전지들은 제각기 다른 장단점을 가지고 있으며, 큰 출력을 내는 것들의 경우 전극의 단위 표면적(기하학적)당 약 2A를 0.6V 근처에서 낸다. 출력으로 환산하면 전극 면적당 1.2W 에 해당한다. 전지의 무게당 출력으로는 kg당 1 kW 정도가 현 기술수준이라 볼 수 있다. 앞으로 출력 / 부피 혹은 출력 / 무게의 개선과 장시간 사용시 열악화를 방지하기 위한 노력과 값싼 전극재료를 개발하는 일들이 꾸준히 진행될 것으로 믿어진다.
현재도 연료전지는 우주선이나 외딴곳에서의 전력원으로서의 가치가 충분히 인정되나 1990년대 초반 내지 중반에 이르면 연료전지들이 보통의 상업용 발전기술과 경제성에서 경쟁할 수 있는 위치에 온다고 보는 것이 미국 에너지부의 Advenced Fuel Cell Working Group의 평가결과이다. 이러한 예측은 일반 발전 방법의 비용은 점점 상승하나 연료전지의 생산비용은 급속히 줄어들고 있다는 판단에 근거를 두고 있다.

2. 연료전지 개발 및 개발 방향

연료전지의 개발에는 재료공학적 , 화공학적 노력들이 필요할 것이며, 전극 촉매작용에 대한 근본적인 이해를 위하여 표면과학과 화학적인 기초연구가 요구된다. 예컨대, 고체표면에 분자흡착이 어떻게 일어나는지, 촉매 중독물질과 반응 물질 사이의 흡착경쟁은 어떻게 일어나는지 , 고온에서 고체결정의 재구성과 표면구조의 변화는 어떻게 일어나는지, 합금재료 성분의 역할은 무엇인지 아직 잘 모르고 있는 사실을 열거하자면 한이 없다. 특히 활성화 한계 (activation limitation)를 나타내는 산소환원의 메카니즘은 복잡하여 수용액중에서 다음과 같이 우선 2개의 전자를 받아들이는 것으로 알려졌다.
O2 + 2H2O + 2e- -> H2O2 + 2OH-
(또는 O2 + 2H+ + 2e- -> 2H2O)
그 다…