수소연료 전지의 분리막과 수전해 분리막에 대하여 알아보기

수소연료 전지의 분리막의 종류

수소 연료전지에서 사용되는 분리막은 주로 Polymer Electrolyte Membrane (PEM)이라고 불리며, 이 분리막은 프로톤 전도성을 가진 고분자 소재로 만들어져 있습니다. PEM 분리막은 수소 연료전지에서 프로톤의 전도성과 전기적 절연성을 보장하는 역할을 합니다. 이러한 PEM 분리막은 여러 종류가 있으며, 일부 주요한 종류는 다음과 같습니다.

Nafion 분리막:

Nafion은 Dupont에서 개발한 수소 연료전지에서 가장 널리 사용되는 PEM 분리막 중 하나입니다. 이 분리막은 고분자 소재로서 플루로소환(PTFE) 기반의 고분자로 구성되어 있으며, 프로톤을 효과적으로 전도할 수 있습니다. 높은 프로톤 전도성과 안정성을 가지고 있어 널리 사용되고 있습니다.

SPEEK (Sulfonated Polyether Ether Ketone) 분리막:

SPEEK는 다양한 열 및 환경 조건에서 안정적으로 동작하는 또 다른 PEM 분리막 소재입니다. 고온에서의 안정성이 뛰어나며, 일부 응용 분야에서 Nafion에 비해 우수한 특성을 보일 수 있습니다.

PEEK (Polyether Ether Ketone) 분리막:

PEEK는 고온 및 고압 환경에서 안정적으로 동작할 수 있는 분리막 소재입니다. PEEK 분리막은 일부 고온 연료전지 및 고압 수소 환경에서 사용됩니다.

Aromatic Polyimide 분리막:

Aromatic Polyimide는 고온에서 안정성이 뛰어나며, 고체산화물 연료전지나 높은 온도에서 동작하는 수소 연료전지에서 사용될 수 있는 PEM 분리막 중 하나입니다.

 

이 외에도 다양한 연구와 개발이 진행 중이며, 새로운 PEM 분리막 소재가 지속적으로 발전하고 있습니다. 각 분리막의 장단점은 사용되는 환경 및 용도에 따라 다를 수 있으며, 연료전지 기술의 발전에 따라 새로운 소재와 기술이 도입될 것으로 예상됩니다.

수전해 분리막

수전해 분리막 (Proton Exchange Membrane, PEM)은 수소 연료전지에서 사용되는 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 수소 연료전지는 수소와 산소를 사용하여 전기를 생성하는 장치로, 이 과정에서 물과 열만이 생성됩니다. PEM은 이러한 연료전지에서 프로톤을 전도하고 전기적으로 절연하는 역할을 합니다. 다음은 PEM에 대한 몇 가지 주요 특징과 역할에 대한 설명입니다.

프로톤 전도성:

PEM은 양성자 또는 프로톤을 전도할 수 있는 특별한 소재로 구성되어 있습니다. 이는 수소 이온이 막을 통과하여 음극에서 양극으로 이동할 수 있도록 하는 역할을 합니다.

고분자 소재:

대부분의 PEM은 고분자 소재로 만들어져 있습니다. 일반적으로는 플루로카보네이트(polyfluorocarbons)와 같은 소재가 사용되며, 이는 고분자 구조를 통해 프로톤 전도성을 확보하고 전기적 절연을 제공합니다.

가스 밀봉 및 보호:

PEM은 수소와 산소를 가스 상태로 전달하면서도 물은 막 내에서 생성되므로, 막은 가스를 효과적으로 밀봉하고 외부 환경으로부터 보호해야 합니다.

적절한 작동 온도:

PEM은 일반적으로 상대적으로 낮은 온도에서도 잘 작동하도록 설계되어 있습니다. 특히, 수소 연료전지의 PEM은 약 80°C 정도의 온도에서 가장 효과적으로 작동합니다.

얇고 유연한 구조:

PEM은 얇고 유연한 구조를 가지고 있어서 연료전지 셀 내부에서 적절하게 배치될 수 있습니다.

 

수전해 분리막의 적절한 성능은 수소 연료전지의 효율성과 신뢰성에 큰 영향을 미치므로, PEM의 개발과 연구는 수소 기반의 에너지 시스템을 개선하는 데 핵심적인 부분입니다.

수전해 분리막 생산업체

수전해 분리막 생산업체는 고분자 및 화학공학 분야에서 전문성을 가진 기업이거나, 신재생 에너지 기술 및 연료전지 분야에 중점을 둔 기업일 수 있습니다. 몇 가지 주요한 수전해 분리막 제조업체는 다음과 같습니다.

DuPont (현대 Kolon):

DuPont은 화학 및 재료 공학 분야에서 세계적으로 유명한 기업 중 하나입니다. 그들의 수전해 분리막은 Nafion이라는 상표명으로 알려져 있으며, 수소 연료전지 및 다른 에너지 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

BASF:

BASF는 세계 최대의 화학 기업 중 하나로, 수전해 분리막과 같은 에너지 관련 소재를 다양하게 개발하고 있습니다.

3M:

3M은 다양한 산업 분야에서 혁신적인 소재 및 제품을 개발하는 기업으로, 수전해 분리막 분야에서도 활발한 연구와 제품 생산을 진행하고 있습니다.

Ballard Power Systems:

Ballard Power Systems는 연료전지 및 수소 기술에 중점을 둔 회사로, PEM 연료전지 시스템 및 관련 소재를 제조하고 있습니다.

Hyundai Mobis (현대모비스):

현대모비스는 자동차 부품 및 신재생 에너지 분야에서 다양한 제품을 생산하는 기업으로, 수전해 분리막 생산에도 참여하고 있습니다.

 

이러한 기업들은 수전해 분리막을 비롯한 연료전지 및 신재생 에너지 기술에 대한 연구와 개발에 큰 투자를 하고 있습니다. 또한, 산업의 발전과 함께 새로운 기업들이 이 분야에 진입하고 있을 수 있으므로 최신 정보를 확인하는 것이 중요합니다.

끝.