연료전지 막가습기용 중공사 분리막의 제조 및 수분투과 특성 연구

[2025 카모페어]

고분자 전해질 연료전지는 연료의 화학 에너지를 전기화학적 반응을 통해 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치를 나타낸다. 연료전지의 성능을 좌우하는 핵심 소재인 고분 자 전해질 막은 효과적인 수소이온의 전달을 위해 항상 일정량의 수분이 존재해야 한 다. 외부 가습 장치를 이용한 가습 방법은 물을 가열해야 하는 필요로 인해 에너지 효 율 측면에서 단점이 있다. 그에 대안으로 막가습기를 이용하여 전해질에 물을 공급하 는 내부 가습 방법이 고려되고 있다. 따라서 본 연구에서는 폴리 술폰계 고분자 소재 를 이용하여 제조된 중공사 지지체막에 폴리디메틸실록산을 표면에 코팅하여 제조한 중공사 분리막을 이용해 연료전지 막가습기용 모듈을 제조하는 방법이 시도되었다. 가습 성능 최적화를 위해 내부 표면에 균일하게 형성된 미세 기공을 갖는 중공사 분 리막을 제조하는 기술을 개발하였고, 중공사의 모폴로지와 가닥수를 조정하여 가습 성능 조건을 최적화 하였다. 이 연구에서 제작된 연료전지 막기습기용 모듈은 Shell-In port에 온도 90 ℃, 상대 습도 70%의 공기를 시간당 150 L로 흘려주었을 때 Tube-Out port를 통해 온도 85 ℃, 상대 습도 26%의 공기가 토출되는 가습 성능을 달성하였다. 이는 상용 막가습기 대비 87%의 수분 투과 성능이 발현됨을 확인할 수 있었다.

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