제1장 서론(Introduction) = 1
제1절 연구 개발 배경(Backgrounds of this work) = 1
제2절 기술의 중요성(Importance of this work) = 2
제3절 국내외 기술개발 동향(State of Arts) = 3
1. 국외기술 개발 현황 및 전망(State of Arts in Foreign Country) = 3
가. 이동 및 비상 발전용 고분자 연료전지 = 3
나. 배터리 대체용 액체형 연료전지 = 6
2. 국내기술 개발현황(State of Arts in Domestic) = 7
3. 시장규모 및 관련사업 현황(Scale of Market) = 7
제4절 소형 이동용 연료전지의 특성(Characteristics of Small Portable Fuel Cell) = 8
1. 배터리와 연료전지 비교(Comparison of Battery and Fuel Cell) = 8
2. 고분자 전해질(PEM) 연료전지용 연료의 저장(Fuel Storage in PEMFC) = 9
3. 공기호흡형 연료전지 스택(Air-Breathing Fuel Cell Stack) = 11
가. 스택 특성 = 11
나. 공기호흡형 스택의 이용 및 전망 = 13
제2장 고분자 연료전자의 이론적 고찰(Review of Polymer Electrolyte Fuel Cell) = 15
제1절 연료전지 전극의 전기화학 반응(Electrochemical Reaction in Fuel Cell) = 15
1. 반응 열역학(Thermodynamics) = 15
2. 전극 전위(Electrode Potential) = 16
3. 전극 반응(Electrode Reaction) = 17
가. anode에서의 전극 반응 = 19
나. Cathode의 전극 반응 = 19
4. 전위 및 전류 밀도 특성 곡선(Characteristics of Potential and Current Density) = 20
5. 산소 전극(Oxygen Electrode(Cathode)) = 21
6. 전지의 성능 저하(Overvoltage of Fuel Cell) = 22
제2절 연료전지 작동 전압(Operating Voltage of Fuel Cell) = 23
1. 서론(Introduction) = 23
2. 활성화 과전압(Activation Overvoltage) = 24
3. 저항 손실(Ohmic Loss) = 26
4. 물질 이동 또는 농도 손실(Concentration Overvoltage) = 26
5. 연료 투과와 내부 전류(Fuel Crossover and Internal Current) = 27
제3절 고분자 전해질(Polymer Electrolyte Membrane) = 28
1. 연료전지 전해질의 요구 조건 및 특성(Requirement and Characteristics of Polymer Electrolyte) = 28
2. 고분자 전해질막의 개발 현황(State of Arts) = 29
가. Perfluorinated 고분자 전해질막 = 29
나. Non-perfluorinated 고분자 전해질막 = 31
다. 강화 고분자막 = 33
제4절 전극(Electrode) = 35
1. 공기극(Cathode) = 39
2. 연료극(Anode) = 39
가. CO 피독 = 40
나. CO₂ 피독 = 42
3. 전극지지체 = 44
제5절 전해질／전극 접합체(MEA) 제조(Fabrication of Membrane／Electrode Assembly(MEA)) = 44
1. 고전적인 MEA 제작법(Classical Method) = 44
2. 직접코팅에 의한 MEA 제작법(Directing Coating Method) = 45
제6절 고분자 연료전지에서의 수처리(Water Management) = 45
1. 수처리 문제점(Problem of Water Management) = 45
2. 공기공급과 물의 증발(Air Supply and Water Evaporation) = 46
제7절 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate) = 50
1. 바이폴라 플레이트 특징 및 제조 방법(Characteristics and Fabrication Method of Bipolar Plate) = 50
2. 구비 조건과 재료(Requirement and Materials) = 52
3. 미국 DOE에서의 개발 현황(State of Arts in USA) = 55
제8절 연료전지 스택(Fuel Cell Stack) = 56
제3장 소형 연료전지용 자기가습막 제조(Development of self-humidifying membrane for small portable fuel cell) = 58
제1절 자기가습 고분자 전해질(Self-humidifying electrolyte) = 58
1. 고분자 전해질의 특성(Characteristics of polymer electrolyte) = 58
2. 자기가습 고분자 전해질의 특성(Characteristics of self-humidifying electrolyte) = 60
제2절 고분자 전해질 막의 기술 개발 동향(State of arts) = 63
1. 외국의 고분자 전해질 막 기술 개발(State of arts in foreign country) = 63
2. 국내의 고분자 전해질 막 기술 개발(State of arts in domestic) = 65, 63
제3절 실험 방법(Experimental procedure) = 65
1. 연구 목적(Research scope) = 65
2. 출발 물질(Material) = 66
3. 고주파 마그네트론 스퍼터링(Radio frequency magnetron sputtering) = 68
4. 고분자 전해질 막 전처리 및 전해질 막／전극 접합체(MEA) 제조(Preparation of Membrane／Electrode assembly(MEA)) = 70
5. 단위 전지 성능 실험 및 적외선 흡광법 관찰(Measurement of single cell performance and IR spectroscopy) = 71
제4절 연구 내용 및 결과(Results and achievements) = 71
1. 출발 물질 분석(Analysis of precursor) = 71
2. 고주파 마그네트론 스퍼터링(Radio frequency magnetron sputtering) = 73
3. 고분자 전해질 막／전극 접합체 및 단위 전지 성능 측정 결과(Single cell performance) = 74
제5절 결론(Conclusions) = 83
제4장 촉매 제조 및 전극성능 평가 방법 개발(Development of High Performance PEMFC Catalysts and Evaluation method of PEMFC) = 84
제1절 촉매 제조 기술의 국산화(Localization of Preparation of Catalysts) = 84
1. 촉매 제조(Catalyst Preparation) = 85
가. 촉매제조 방법 = 85
나. 담체의 전처리 = 86
(1) 카본블랙의 전처리 = 86
(2) 활성탄의 전처리 = 86
2. 촉매 특성화(Characterization of Catalysts) = 88
3. 결과(Results) = 88
가. 촉매제조법 측면 = 89
나. 담체 영향 = 92
4. 결론(Summary) = 99
제2절 표준전극으로 금속선을 이용한 전극성능 평가 방법전극성능 평가 방법(Performance Evaluation Method using Reference Electrode Inserted in Polymer Electrolyte) = 103
1. 실험방법(Experimental) = 104
가. 전해질 전처리 = 104
나. 기준전극이 삽입된 고분자 전해질의 제조 = 104
다. MEA 제조 = 106
2. 결과 및 고찰(Results and discussion) = 108
3. 요약(Summary) = 112
제3절 격자형 연료전지 성능 평가 전극(Performance Testing Unit of Grid Type Separator for PEMFC. its Manufacturing Method) = 114
제5장 공기호흡형 전극 개발 및 소형 스택 제작(Development of Air-Breathing Electrode and Fabrication of Small Fuel Cell Stack) = 117
제1절 공기호흡형 전극개발(Development of Air-Breathing Electrode) = 117
1. 개발 배경(Background) = 117
2. 단위전지 제작(Single Cell) = 118
가. 전해질막 전처리 = 118
나. 슬러리 및 MEA 제작 = 121
3. MEA 제조방법의 영향(Effect of MEA Fabrication Method) = 127
제2절 반응가스 공급방법에 따른 공기호흡형 전극 성능 영향(Effect of Gas Supply Method on Performance of Air-Breathing Fuel Cell) = 131
1. 연구의 필요성(Background) = 131
2. 기체 확산층의 영향(Influence of Gas Diffusion Media) = 132
3. 공기 공급 방법의 영향(Effect of Air Supply Method) = 136
제3절 PEMFC 촉매층의 기공구조가 성능에 미치는 영향(Effect of Pore Structure of Catalyst Layer on Cell Performance) = 140
1. 연구배경(Introduction) = 140
2. 실험방법(Experimental) = 142
3. 결과 및 고찰(Results and Discussion) = 143
가. 촉매층의 표면 형상 = 143
나. 촉매층의 전류-전압 특성 = 143
4. 요약(Summary) = 150
제4절 소형 연료전지 스택 제작 및 운전(Fabrication of Operation on Small Fuel Cell Stack) = 153
제6장 연구개발목표 달성도, 대외기여도 및 연구개발결과의 활용계획(Attainment, Contribution and Application of Results) = 158
제1절 연구개발 실적 = 158
1. 연구개발결과의 우수성／창의성 = 158
2. 연구개발 결과의 파급 효과 = 159
3. 연구개발결과에 대한 활용 가능성 = 159
4. 연구개발 수행노력의 성실도 = 159
5. 연구개발성과 = 160
제2절 연구목표 달성도 = 162
제3절 연구개발결과의 활용계획 = 163
참고문헌(References) = 164
