이산화황(SO2) 분자의 고분자 전해질 막 투과가 차단되는 H2O/SO2 혼합물의 전기분해

Abstract

현재 화석연료 사용의 급증으로 온실가스의 배출량이 증가됨에 따라 지구 온난화의 근본적인 해결방안으로 대체 에너지 개발의 중요성이 대두되고 있다. 대체 에너지 중 수소에너지를 이용한 연료전지가 미래의 에너지원으로 각광받고 있으며 이에 따라 효율적인 수소제조법에 대한 연구가 필요하다. 다양한 수소제조 법 중 기존의 순수 물 전기분해 반응에서 1.23V였던 열역학적 전압을 이산화황 (SO2)이 첨가됨으로써 0.17V로 낮춰주는 전기분해 방법에 대해 연구하였다. 본 연구에서는 기존의 양이온 교환 막으로 사용되는 고가의 Nafion 전해질을 대신하 여 10㎛두께의 다공성 PETE(Polyethylene-terephthalate)막에 Nafion ionomer 를 함침시킨 PETE 복합고분자막전해질을 개발하였다. 또한 전기분해 시 산화 전극에서 환원전극으로 투과(cross-over)된 이산화황(SO2)에 의한 환원전극의 황(S) 피독(Poisoning)현상이 가장 큰 문제점으로 언급되고 있다. 이를 방지하기 위해서 PETE 복합고분자막전해질 사이에 수소이외의 모든 화학종을 차단시키고 오직 수소만을 선택적으로 저장, 투과시키는 팔라듐 막을 박막 혹은 호일(foil) 형태로 삽입하였다. 그 결과 고분자 전해질에 증착된 팔라듐 박막은 이산화황의 투과를 완전히 차단하지 못하였다. 그러나 팔라듐 호일의 경우에는 산화전극에서 생성된 수소이온이 환원전극으로 수송되는 것을 방해하여 전류의 감소를 초래 하였음에도 불구하고 장시간 운전 후 SEM과 EDX 분석결과 로부터 이산화황이 환원 전극으로 투과되지 않았음을 확인하였다.