[신소재 설계입문] PEMFC 연료전지 수소연료전지 설계 프로젝트 최종보고서

소개글

신소재 설계입문 과목의 연료전지 설계 프로젝트 보고서 입니다.
고분자 전해질막 수소연료전지에 대하여 다루고 있습니다.

수소 연료전지의 필요성부터
국내 국외 기술개발 및 현황 시장전장,
수소연료전지의 기본개념- 동작원리 및 구성
구조설계계획
MEA (Membrane Electrode Assembly) 설계계획
Bipolar plate 설계계획등 전체 공정 설계까지

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목차

수소 연료전지의 필요성부터
국내 국외 기술개발 및 현황 시장전장,
수소연료전지의 기본개념- 동작원리 및 구성
구조설계계획
MEA (Membrane Electrode Assembly) 설계계획
Bipolar plate 설계계획등 전체 공정 설계까지

본문내용

수송용을 위한 고분자전해질연료전지의 개발에 있어 단가의 절감을 주목표로 하여 설계를 진행하였다. 재료설계의 경우 [표9-1]과 같이 세부적으로 전해질막은 기존의 불소계 전해질막인 나피온의 장점을 유지하면서 단점을 개선하고자 탄화수소계열 graft copolymer의 합성을 통해 가격을 절감하고, 고온에서의 수소이온 전도도를 향상시켰다.
또한 전극/촉매에 있어서는 Pt/C 대신 Anode에 PbPt/C, Cathode에 PtCoCr/C를 사용함으로서 기존 대비 48%의 Pt 사용량 감소를 이룰수 있었다.
세번째로 분리판에서는 가격이 저렴하고 공정을 단순화 시킬수 있는 스테인리스강을 모재로 알루미늄을 코팅 재료로 PVD 공정을 통해 금속 분리판의 접촉저항 증가 문제를 해결하였다.
공정설계에서는 MEA에 있어서 가열압착법에 비해 안정적이고 우수한 성능을 지니는 직접코팅법을 선택하였고 스택체결 방법에 있어서는 리벳을 이용한 가압식체결 방법을 택하였다. 이를 통해 전체 공정에 있어 성능이 우수하고 제작 단가나 시간에 있어 경제성을 가지는 PEMFC의 제조가 가능할 것으로 판단된다.
이로서 현재 단가절감에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되는 구조설계는 현행을 유지하면서 연료전지의 가격과 성능을 좌우하는 핵심요소인 스택을 구성하는 전해질막, 전극/촉매, 분리판의 재료 및 공정 부분에서의 새로운 설계를 통해 전체적인 단가의 절감을 이루고 부가적으로 고온 안정성을 얻음으로써 PEMFC의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

참고 자료

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12. 차석원 : Fuel Cell Fundamentals & Applications
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