관리번호

스택 1-1

사업구분

수소연료전지차 부품실용화 및 산업기반 육성 사업

산업기술분류1

대분류

에너지ㆍ
자원

중분류

신재생
에너지

소분류

연료전지- PEMFC

산업기술분류2

대분류

-

중분류

-

소분류

-

과제명

연료전지차용 전해질 막의 구조제어 기반 원가절감 및 생산성 향상 기술개발

1. 개요 및 필요성

◦ 수소연료전지차에서 요구하는 성능 및 내구를 만족하기 위하여 불소계 전해질막의 개발 및 국산화 기술확보가 필요함

◦ 향후 불소계 대비 가격 경쟁력이 있는 탄화수소계 전해질막의 기술개발 또한 필요함

◦ 전해질막의 개발을 위하여 이오노머의 형태에 따른 특성 분석, 이오노머 솔루션의 최적화, 전해질막 함침 기술 최적화 등이 필요함

◦ 또한, 강화복합막의 형태로서 강화층의 형태에 따른 이오노머 전해질의 함침 특성/거동을 이해하고, 강화층에 의한 전해질막의 물리적 거동 및 MEA 양산에 합당한 치수 안정성의 확보가 필요함

◦ 수소연료전지차에서 전해질막의 내구는 승용의 경우 5,000시간, 상용의 경우 수만 시간의 내구가 요구되는데, 이를 충족하는 전해질막을 보호할 수 있는 첨가물 기술 확보가 필요

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 연료전지용 전해질 강화복합막의 박막화 양산 기술개발

(TRL :  [시작] 3단계 〜 [종료] 7단계)

- 수소연료전지 자동차용 강화복합 전해질막 제조 공정 국산화 기술 개발

* Ionomer 및 다공성 지지체는 불소계를 기반으로 하며, 탄화수소계 포함 가능

- 전해질막의 물리적 특성 및 치수 안정성 확보를 위한 강화층 최적화 기술 개발

- 전해질막의 내구 최적화를 위한 산화방지제 최적화 기술 개발

- 전해질막 품질 확보를 위한 전해질막 특성 분석 프로토콜 확보

- MEA(Membrane Electrode Assembly) 수준에서 신뢰성 확보하고, 향후 양산화 전개기술 확보 필요

ㅇ 개발목표

성능지표			단위	달성 목표	국내 최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
생산성	1	제막 생산성 (전해질막 길이, 폭 0.3 m 이상)	m	> 50	-	≧ 10 (미국, Gore)
	2	막 두께	㎛	< 18	25	< 15 (미국, Gore)
	3	치수 변화율	%	< 62)	15	<3 (미국, Gore)
전해질막 성능1)	4	수소이온 전도도	S/cm @ (80 ℃/50% RH)	≧ 0.03	0.01	> 0.03 (미국, Gore)
	5	화학적 내구성 (OCV 유지 시간)	h (수소투과전류 15 mA/cm2 도달 시까지 소요 시간)	≧ 500	> 500	> 500 (미국, 3M)
	6	기계적 내구성 (Wet-Dry Cycle 횟수)	cycles (수소투과전류 15 mA/cm2 도달 시까지 cycle 횟수)	≧ 20,000	< 5,000	> 24,000 (미국, 3M)
MEA 수준 신뢰성1)	7	MEA 성능 (활성면적 ≧ 200 cm2(최종))3)	A/cm2 @ 0.6 V (80 ℃, 150 kPa, 40% RH)	≧ 1.3	> 1.3	> 1.3 (미국, Gore)

1) 미국 DOE 의 전해질막 및 MEA 성능평가 기준 (2016 년 업데이트 본)

2) 완전 건조와 완전 항습 시 MD/TD 치수 변화율

3) 최종 수요기업 평가 기준

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내   ㅇ 정부출연금 : ’17년 2억원 이내(총 정부출연금 23억원 이내)

* 1차년(‘17.11.∼’18.2.), 2차년(‘18.3.∼12.), 3차년(’19.1.∼12.), 4차년(’20.1.∼12.), 5년차(‘21.1∼7)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

* 상기의 정부출연금(국비)은 예산 현황 및 평가결과에 따라 연차별로 변동 가능