Toray는 이번에, 다이렉트 Methanol형 연료 전지(DMFC)의 주요 부재인 고분자 전해질막과 그것을 이용한 막전극 복합체(MEA)의 성능을 실용화 레벨까지 향상시키는 것에 성공했다. 종래의 불소계 전해질막과 비교하고, 전도도를 해치는 일 없이 Methanol 투과성(MCO)을 1/10이하에 낮게 억제한 탄화수소계 전해질막을 세계에서 처음으로 개발했다. 한층 더 MEA에서도, 보다 에너지 밀도가 높은 고온, 고Methanol 농도로의 발전 성능을 큰 폭으로 향상할 수 있었다.

본 기술을 이용하는 것으로, 노트 PC나 휴대 전화 등의 모바일 전자기기등의 소형화, 장시간 사용에 크게 공헌할 수 있는 것이라고 기대되어 Toray는 향후, 이 분야에의 본격 전개를 추진해 갈 계획이다. 게다가 본 기술을 응용하고, 자동차용 전해질막의 개발에도 임해 오고 있다.

DMFC은 기존의 불소계 전해질막을 이용했을 경우, 상술의 MCO 현상에 의한 성능 저하가 수반해 실용화가 어려웠다. 이것에 대해서 각종의 저MCO 전해질막이 개발되어 왔지만, 발전에 중요한 플로톤 전도도도 동시에 저하하는 트레이드 오프 현상이 일어나, 역시 실용화 레벨에는 이르지 않고, 저MCO과 고플로톤 전도를 양립하는 전해질막의 개발이 요구되고 있다.

Toray는 기존의 전해질막을 상세하게 해석한 결과, 폴리머중에 존재하는 물이 클러스터로 불리는 구조로 존재하고 있어, 이것이 플로톤 전도뿐만 아니라 Methanol 투과도 촉진하고 있는 것을 찾아내, 트레이드 오프 현상의 원인이 되고 있는 것을 해명했다. 게다가 전해질막중의 폴리머와 물 상태에 주목해, 당사의 핵심 기술인 고분자 화학에 나노 구조 제어 기술을 융합시키고 폴리머중의 물이 Methanol 투과에 영향을 주지 않고 플로톤 전도에만 기여하는 전해질막을 개발하는 것에 세계에서 처음으로 성공했다.

게다가 저MCO 전해질막과 전극과의 접촉 면적을 비약적으로 증대하는 획기적인 계 면접 합법을 개발하는 것으로, 종래의 불소계 전해질막을 이용한 MEA과 비교하고, 발전 성능, 내구성, MCO을 큰 폭으로 향상시킬 수 있었다. 덧붙여 상기 개발은, NEDO(신 에너지·산업기술 종합 개발 기구) 위탁 사업으로 실시한 성과가 포함되어 있다.

다이렉트 Methanol형 연료 전지(DMFC : Direct Methanol Fuel Cell)은 차세대의 모바일 전자기기용 전원으로서 기대되고 있다. 자동차용이나 가정용으로서 이용되는 수소를 연료로 하는 고체 고분자형 연료 전지(PEFC)와 비교해서, 시스템 전체의 소형·경량화나 휴대성을 기대할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.

막전극 복합체(MEA : Membrane Electrode Assembly)은 DMFC이나 PEFC 등의 연료 전지의 발전을 담당하는 주요 부재이다. MEA은 전해질막과 그것을 중심으로 연료극히와 공기극히로 낀 구조를 하고 있다. 연료의 Methanol 수용액은 연료극히로 반응하고 플로톤(수소이온)을 일으켜 이것이 전해질막을 투과 해 공기극히로 산소와 반응하는 것으로 발전했다.

Methanol 투과성(Methanol 크로스오버 : Methanol Cross-Over)는 DMFC의 전해질막에 있어서의, Methanol 연료의 투과 현상을 MCO이라고 한다. 특히, PEFC 등에 이용되고 있는 종래의 불소계 전해질막에서는, 플로톤(수소이온)이 투과 할 때에 Methanol도 동시에 투과하기 쉽다고 하는 과제가 있었다. MCO 현상에 수반해, 발전에 사용되지 않는 Methanol이 연료 로스가 되어 쓸데없게 버려질 뿐만 아니라, 투과 한 Methanol이 공기극히로 Methanol 산화 반응을 일으켜, 발열이나 발전 성능 저하의 원인이 되고 있다.

지금까지도, MCO을 억제한 전해질막은 개발되어 왔습니다만, 플로톤 전도도도 동시에 저하하는 트레이드 오프 현상이 있어, 저MCO과 고플로톤 전도의 양립이라고 하는 트레이드 오프의 해소는 곤란한 과제였다. 종래의 불소계 전해질막에 대해서, 플로톤 전도도비를 1.0에 유지해, MCO만을 1/10이하에 저감 한 전해질막은, 지금까지의 공개 정보로는 눈에 띄지 않았다.

NEDO(독립 행정법인 신 에너지·산업기술 종합 개발 기구)의 경우, Toray는 2001년부터 NEDO 기술개발 기구 연료 전지·수소 기술개발부의 위탁을 받아 「고체 고분자형 연료 전지 시스템 기술개발 사업 고체 고분자형 연료 전지 요소 기술개발 등 사업 고효율 다이렉트 Methanol형 연료 전지의 연구 개발」을 실시해 왔다. 본 릴리스의 기술 내용은, 해당 사업의 성과에 근거한 것이다.

씨스켐닷컴(2005-12-19)