[신소재공학]고분자전해질형 연료전지에 대해

1. 고분자전해질형 연료전지의 개요

고분자전해질형 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 고분자전해질막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 수소와 산소의 화학 에너지를 전기, 열, 물로 변환하는 친환경적 에너지 변환 장치이다. PEMFC는 수소의 고순도 연료 공급 시 수소의 연소 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출이 없으며, 작동 온도는 60도에서 80도 사이로 낮아 빠른 시동과 안정적인 운전이 가능하다. 이 연료전지는 1960년대 NASA의 우주선에 최초로 적용되었으며, 이후 민간 분야에서도 활발히 연구·개발되고 있다. 고분자전해질막의 대표적인 재료는 perfluorosulfonic acid 계열인 Nafion으로, 이 재료는 뛰어난 이온전도성과 화학적 안정성을 자랑하여 PEMFC의 핵심 역할을 담당한다. PEMFC는 높은 에너지 효율(약 50~60%)과 빠른 응답 속도를 갖춰 전기자동차, 통신기지국, 이동식 발전기 등 다양한 산업에 활용되고 있다. 글로벌 시장 규모는 2020년 약 1억 2천만 달러였으며, 2027년까지 연평균 11% 이상의 성장률을 기록할 것으로 기대된다. 특히, 현대자동차와 도요타는 각각 수소전기차인 넥쏘와 미라이를 출시하며 PEMFC의 …