A comparative analysis of PtCo/C and Pt/C catalyst electrode fabricated by hot and humid electrostatic spray deposition for PEMFC

Abstract

고분자 전해질 연료전지 (PEMFC)는 다양한 전력장치들에 사용되는 가장 유망한 에너지 중에 하나이다. 그러나, 이러한 연료전지의 여러 가지 문제점들 중 가장 큰 문제는 연료전지 전극의 사용되는 매우 값비싸고 휘소성이 높은 백금 (Pt)의 함량이다. 이 문제를 해결하기 위해서는 백금을 연료전지 전극의 단독 촉매로 사용하기 보단, 다양한 비백금계 금속을 합금으로 활용하여 사용하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 합금 촉매들을 이용하여 성능 평가 실험을 진행하였을 때, Pt 촉매에 비해 일반적으로 Pt 담지량이 줄면서 더욱 경제적이고, 전기화학적 성능에도 안정적이며 더 향상된 결과를 나타내기도 하였다. 또한, 비백금계 합금 촉매와 함께 박막증착법들을 활용한다면 더 적은 양의 담지량으로도 기존과 유사하거나 향상된 성능을 가질 수 있다.

이 연구에서는 탄소 지지체를 갖는 백금 촉매 (Pt/C)와 탄소 지지체를 갖는 백금탄소 촉매 (PtCo/C)를 활용하여 고온 고가습 전기분무방사법을 이용한 고분자 전해질 연료전지 막전극 접합체 (MEA)를 제조하였고, 이를 이용하여 촉매 층 구조 확인 및 전기 화학적 특성 평가도 진행하였다. 그 결과, 탄소 지지체를 갖는 백금탄소 촉매 (PtCo/C)는 전기화학적 표면의 넓이 (ECSA)는 탄소 지지체를 갖는 백금 촉매(Pt/C) 보다 낮았지만, 고온 고가습 환경에서의 전기분무방사법(HH-ESD)에 의해 제조된 전극내의 탄소 지지체를 갖는 백금탄소 촉매(PtCo/C)의 입자 크기가 상대적으로 작기 때문에 탄소 지지체를 갖는 백금 촉매(Pt/C) 보다 향상된 성능을 확인 할 수 있었다.