[화학공학] 고분자 전해질 연료전지

1. 고분자 전해질 연료전지 개요

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 고체 상태의 고분자 전해질을 이용하여 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하는 시스템이다. 이 연료전지는 작동 온도가 약 60도에서 80도 사이로 낮아 신속한 시동과 높은 효율성을 보이며, 휴대용 기기, 차량, 가정용 전력 공급 등에 널리 활용된다. 고분자 전해질 연료전지는 전극 사이에 고분자 막을 두어 수소 이온만 선택적으로 전달하는 구조로 이루어졌다. 이 막은 화학적 안정성과 높은 이온전도도를 갖춘 퓨어한 고분자 재료인지펄[Nafion]이 주로 사용되며, 이로 인해 전해질 막이 직선적 전도성을 유지하면서도 화학적 내구성을 확보한다. 2020년 기준 세계 PEMFC 시장은 약 7억 달러에 달했으며, 연평균 성장률이 12% 정도를 기록하여 향후 10년 내 20억 달러 이상으로 성장할 것으로 전망되고 있다. 특히 차량 분야에서는 현대자동차의 수소전기차 `넥쏘(NEXO)`가 상업 주행에 성공하면서 시장의 주목도가 높아지고 있으며, 2022년 글로벌 수소차 판매량은 약 1만7000대였고, 이에 따른 연료전지 시스템 수요는 점차 증가하는 추세다. 고분자 전해질 연료전지의 또 다른 중요…