소형 연료전지의 발전효율 2.6배 전극 재료 개발
클라레는 휴대전화와 노트북 컴퓨터의 전원에 사용하는 소형연료전지 사업에 참여한다. 나노테크놀로지를 응용한 초미세 가공기술로 발전효율을 2.6배로 높인 전극재료를 개발, 2008년부터 사업화한다. 다기능화에 의해 휴대전화 등 소형휴대기기의 전력소비가 늘어나 소형연료전지의 수요를 기대할 수 있으므로 2010년에 100억 엔 정도의 매상을 전망하고 있다.
연료에 메탄올을 사용하는 ‘다이렉트메탄올(DMFC)’방식의 소형연료전지 전극에 도입하여 효율적으로 전기를 이끌어내는 전해질막을 개발했다. 재질은 열가소성 플라스틱에라스트마로 두께는 약 50마이크로미터이다.
DMFC방식의 연료전지는 메탄올에서 추출한 수소이온이 전해질막을 통과할 때 발전한다. 막에는 표면에 수소이온을 통과시키기 때문에 구멍이 있는 불소계 소재와 탄화수소계 소재를 사용하는데, 종래의 막은 구멍의 크기가 제각각이어서 수소이온만이 아니라 메탄올도 통과해 메탄올에 밀쳐지는 만큼 통과하는 수소이온의 수가 줄어 발전효율이 나쁘다는 어려움이 있었다.
개발한 전해질막은 고분자막 가공기술을 응용, 메탄올에 비해 직경이 작아 수소이온을 선택적으로 통과시키는 초미세한 ‘수소이온채널’을 표면에 형성했다. 수소이온의 통과도를 종래의 1.5배로 높임과 동시에 메탄올의 통과량을 60%로 억제할 수 있다. 그 결과 발전효율은 2.6배로 높아진다고 한다.
클라레는 전해질막과 전극을 일체화한 ‘막·전극접합체(MEA)’를 2008년부터 양산한다. 크기는 컴퓨터용으로 휴대 가스라이터 크기가 될 전망이다. 연료전지의 제조원가에서 차지하는 전해질막의 비율은 7%인데 MEA는 25%를 차지한다. 보다 수익을 전망할 수 있는 MEA를 새 사업의 핵심으로 키워나갈 예정이다.
전해질막 개발에 있어서는 東レ와 소니 등이 격전을 벌이고 있다. 각사 모두 메탄올의 차단성 향상에서는 성과를 올리고 있으나, 수소이온의 투과도는 종래 수준에 그치고 있다고 한다. 클라레의 막은 메탄올의 차단성 향상과 수소이온 투과도 향상을 양립시켰다는 점에서 경합 타사에 비해 우위성이 있다고 보고 있다. 휴대기기용 소형연료전지의 세계시장 규모는 2010년에는 600억 엔 정도로 늘어나리라는 예측이 있다. (일경산업)

연료전지 빙점 아래에서도 작동하는 전해질막 제품화
탄화수소계의 소재 채용
JSR은 연료전지의 중핵부재인 전해질막에서 종래의 소재로는 대응하지 못했던 빙점 아래에서도 작동할 수 있는 새로운 막을 제품화했다. 탄화수소계 소재를 막에 채용했다. 사용 환경이 척박한 자동차용 연료용 전지의 실용화에 기준을 세우고 양산체제의 확립을 서두르고 있다.
연료전지인 전해질막은 산소와 수소를 반응시켜서 전자를 꺼내는 기능을 갖는다. 이 회사가 새롭게 개발한 전해질막은 섭씨 마이너스 20도에서 95도의 온도 영역에서 사용할 수 있는데, 이 회사에 따르면 빙점 아래에서의 발전은 세계 최초라고 한다. 종래의 전해질막의 주류는 불소계 소재이지만, 전지의 운전가능 온도 영역은 섭씨 0~80도로 제한되어 있었다.
외부로부터의 충격 등에도 불소계 막에 비해 높은 내구성까지 실현했다. 이 회사가 이번에 개발한 전해질막은 이미 혼다가 상용화한 연료전지 자동차에도 채용되었다고 한다.
이 회사는 자동차 이외에도 컴퓨터나 휴대전화에 사용되는 휴대기기용 다이렉트 메탄올형 연료전지(DMFC)용에도 탄화수소계의 전해질막의 개발을 끝낸 상태로 연료전지막 분야에서의 높은 점유율 확보를 노린다. (일경산업)

구부릴 수 있는 초소형 연료전지 개발
神奈川縣産業技術總合硏究所는 초소형 연료전지를 개발했다. 독자의 마이크로얼레이형 DMFC(직접 메탄올형 연료전지)의 기술을 응용하여 폴리머 기판에 형성, 구부린 채 발광다이오드(LED)의 점등에 성공했다. 프렉스 기판이나 시계류에 대한 실장이 가능하며, 휴대형 전기기기의 공간절역화에도 공헌할 수 있다. 앞으로 기업과의 연대로 상품화할 계획이다.
마이크로얼레이형 DMFC는 미세 구멍에 전지를 끼워 넣고 얼레이(격자)상으로 늘어놓은 것이다. 이번에는 세로 4센티×가로 1.5센티미터, 두께 0.02센티미터의 폴리사르폰(PSU)기판에 직경 0.05센티미터의 구멍을 뚫고, 10개의 전지를 직렬로 배열해 1평방센티미터 당 3밀리와트의 출력을 얻었다.
세로 폭을 U자형으로 구부리는 실험에서는 구부러진 상태에서도 거의 변하지 않는 발전 성능을 보인 이외에, 1000회 구부려도 서서히 출력이 감쇠하기는 했지만 기전력에 변화가 없다는 것을 실증할 수 있었다.
縣産總硏의 방식은 플라스틱 기판과 드릴 가공의 기술로 제조할 수 있고, 기존의 초소형 연료전지보다 값싼 제조원가로 동등 이상의 성능을 낼 수 있다. 앞으로는 사출성형에서의 제조도 가능할 것이라고 한다.
이후에는 실용화의 기준이 되는 1평방센티미터 당 100밀리와트의 발전 성능으로 높이는 연구를 추진한다. 병행하여 촉매의 재료 연구, 박막의 기술 연구도 할 것이다. 또 프린트 기판이나 휴대형 전기기기 메이커 등과 공동으로 상품화 연구를 추진할 방침으로 협력을 호소한다. (NK)

고체 고분자형 연료전지용 전해질막을 개발
 凸版印刷는 이온화한 수소(플로톤)의 전도성이 높은 고체고분자형 연료전지(PEFC)용 전해질막을 개발했다. 東京공업대학 자원화학연구소의 原亨和 조교수가 개발한 다환식 방향족 스르혼산 베이스의 고체산을 나노미터 사이즈로 수지에 분산하여 전해질막으로 만들었다. 이 고체산은 프로톤 전도성이 높지만 응집하기 쉽고 균일 분산이 어려웠다. 2008년에 실용화를 목표로 한다.
전해질막은 연료전지 안에서 연료극과 공기극을 나누는 부재로, 프로톤만을 전도시킨다. 연료전지는 실용화를 위해 부재 레벨의 저가화가 요구되고 있다. 이 고체산을 분산한 전해질막은 현재의 전해질막에 사용되고 있는 불소계 수지 전해질막에 비해 저가로 제조할 수 있고 동등한 프로톤 전도성이 있다고 한다. (NK)