수소이온을 이동시키지만 연료전지가 작동되는 과정에서 전해질막에서
전극으로 인산 유출이 일어나 연료전지의 성능이 떨어지는 현상이 발
생한다.
□ 연구팀은 인산의 유출 현상 규명을 위해 서로 다른 세 가지 아졸 화합
물*이 도입된 고분자 전해질막을 제조하여 비교하였다. 아졸 화합물은
인산과 비교하여 상대적으로 염기성이므로 산염기 상호작용을 통해 전
해질 막 내부에 인산을 함유할 수 있게 한다. 또한, 수소와 메틸기**로
각각 치환된 아졸 화합물의 질소치환기와 염기도가 전해질막의 인산 유
출에 미치는 영향을 연구하였다.
* 아졸 화합물(Azole Compound): 5원자 고리에서 탄소원자가 아닌 다른 원자를
포함하고 적어도 한 개 이상의 질소 원자를 포함한 화합물
** 메틸기(Methyl Group): 메탄(CH4)의 1개의 수소원자가 제거되어 아졸 화합물의
기능기에 결합한 화합물
∘ 인산을 함유한 전해질막을 수분에 노출시켰을 때 인산 유출이 작았던 메
틸이미다졸* 전해질막(6.9%의 유출량)을 연료전지에 적용한 결과, 가장
우수한 성능(0.197 W/cm2)을 확인하였다. 이와 함께 이산 푸리에 변환**
을 통해 전해질막 내에서 인산, 아졸 화합물, 그리고 물분자 간의 결합력
을 계산하여 실험 결과와 일치함을 확인함으로써 전해질막의 인산 유출
현상을 이론적으로 규명하였다.
* 메틸이미다졸(Methyl Imidazole): 5원자 고리에서 탄소원자가 아닌 다른 원자를
포함하고 적어도 한 개 이상의 질소 원자를 포함한 화합물
** 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform): 이산적인 입력 신호에 대한 푸리
에 변환으로, 이를 통해 화학적 작용 및 결합을 이론적으로 계산
∘ 인산 전해질을 통한 수소이온 전도는 인산과 인산 사이를 수소이온이
뛰어넘는 그로투스 경로*로 일어난다. 이때 고분자 전해질막의 아졸
화합물에 메틸기가 존재할 경우 산성 상태의 수소가 줄어들기 때문에
그로투스 경로의 효율과 수소이온 전도도가 떨어지지만, 수분 흡수가
적어서 인산 유출도 적어 수소 연료전지 성능은 더 향상되는 것을 확