막 전극 접합체

막 전극 접합체(, MEA)는 연료전지 및 전해조에 사용되는 양성자 교환막(PEM) 또는 알칼리 음이온 교환막(AAEM), 촉매 및 평판 전극이 조립된 스택이다.Bentham, Daniel WIPO patent WO/2008/007108 Current distribution system for electrochemical cells. Freepatentsonline.com (2008-01-17). Retrieved on 2013-04-19.

 PEM-MEA 
섬네일|250px|PEMFC에서 기체, p+ 및 e-의 이동
PEM은 촉매가 내장된 두 개의 전극 사이에 끼워져 있다. 전극은 PEM에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다. 이 두 전극은 각각 애노드와 캐소드를 구성한다.

PEM은 일반적으로 불소수지(PFSA) 양성자 투과성 전기 절연체 장벽이다. 현재 탄화수소 변형체가 개발 중이며 불소수지를 대체할 것으로 예상된다. 이 장벽은 양극에서 음극으로의 양성자 이동을 막을 통해 허용하지만, 전자는 전도성 경로를 따라 음극으로 이동하도록 강제한다. 가장 일반적으로 사용되는 나피온(Nafion) PEM은 나피온 XL, 112, 115, 117, 1110이다.

전극은 PEM에 열압착된다. 이러한 전극에 일반적으로 사용되는 재료는 탄소 섬유 직물 또는 탄소 섬유 종이이다. NuVant는 가스 수송을 PEM으로 최대화하고 수증기를 PEM에서 멀리 이동시키는 ELAT라는 탄소 섬유 직물을 생산한다. ELAT에 귀금속 촉매를 내장하면 이 탄소 섬유 직물이 전극 역할도 할 수 있다. 연료전지와 전해조 사이에서 상당히 유사한 MEA 생산을 위한 다른 많은 방법과 절차도 존재한다.

백금은 가장 일반적으로 사용되는 촉매 중 하나이지만, 다른 백금족 금속도 사용된다. 일산화 탄소(CO)가 전기화학 반응의 생성물인 경우 루테늄과 백금이 함께 사용되는 경우가 많다. CO는 PEM을 오염시키고 연료전지의 효율성에 영향을 미치기 때문이다. 이러한 재료들의 높은 비용으로 인해, 연료전지 기술의 광범위한 경제적 수용을 가로막는 요인인 높은 비용을 낮추기 위해 저렴한 재료를 사용하는 촉매 개발 연구가 진행 중이다.

현재 사용 수명은 사이클링 조건에서 7,300시간이며, 동시에 백금족 금속 부하량을 0.2 mg/cm2로 줄였다.Fuel Cell School Buses: Report to Congress. US Department of Energy, December 2008, p. 9.

 생산 
현재 대부분의 MEA 제조 회사들은 W. L. Gore & Associates, Johnson Matthey, 3M과 같이 대량 생산에만 전문화되어 있다. 그러나 De Nora Tech, Fuel Cell Store, FuelCellsEtc 등과 같이 다양한 모양, 촉매 또는 멤브레인을 평가할 수 있도록 MEA를 생산하는 다른 회사들도 있다.

 시장 개요 
막 전극 접합체(MEA)의 글로벌 시장은 2023년에 6억 7,200만 달러로 추정되었으며, 예측 기간인 2024-2030년 동안 연평균 성장률 28.2%로 2030년까지 38억 5,300만 달러에 이를 것으로 전망된다.

 시장 세분화 
 유형별 
 5층 MEA: 5층 MEA는 성능과 비용 효율성의 균형 덕분에 가장 널리 사용되는 유형이다. 일반적으로 애노드, 캐소드 및 두 개의 이온 교환막으로 구성된다. 이 구성은 효율적인 양성자 전도와 효과적인 가스 확산을 가능하게 하여 연료전지 자동차 및 휴대용 전원 시스템을 포함한 다양한 응용 분야에 적합하다. 연구에 따르면 5층 MEA는 다양한 작동 조건에서 향상된 성능을 제공할 수 있어 업계에서 선호되는 선택이다.
 7층 MEA: 7층 MEA는 성능과 내구성을 향상시키는 추가적인 층을 포함한다. 이 디자인은 일반적으로 추가적인 촉매 및 막 층을 포함하여 연료전지의 전체 효율성을 향상시킬 수 있다. 이러한 MEA는 최대 전력 출력과 수명이 중요한 고성능 응용 분야에 자주 사용된다. 연구에 따르면 7층 구성은 더 단순한 디자인에 비해 더 높은 전류 밀도와 낮은 열화율을 달성할 수 있어 중장비 운송 및 고정형 발전과 같은 까다로운 환경에 적합하다.
 3층 MEA: 3층 MEA는 주로 비용 절감이 우선시되는 응용 분야에 사용된다. 이 유형은 5층 또는 7층 구성과 동일한 수준의 성능을 제공하지 못할 수 있지만, 특정 저전력 응용 분야에는 여전히 효과적일 수 있다. 이 디자인은 일반적으로 촉매 층이 적고 소규모 장치 또는 무게와 비용이 중요한 요소인 응용 분야에 더 적합하다.

 응용 분야별 
 연료전지 자동차
 고정형 연료전지

 같이 보기 
 전기화학 수소 압축기
 전기삼투 펌프
 가스 확산 전극
 연료전지 용어 해설
 미세전극 어레이

 각주 

 외부 링크 
 Integrated Manufacturing for Advanced MEAs

분류:연료전지
분류:수소 기술
분류:막 기술