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고체고분자 연료전지 공기극 흑연화 카본블랙담지 백금촉매 부하 사이클 내구성

전문가 제언: ○ 본 보고서는 고체고분자연료전지 특히 연료전지자동차에 사용되는 연료전지분야에서 일본의 선도그룹 가운데 하나인 Yamanashi대학의 M. Watanabe교수팀이 연료전지자동차를 개발하고 있는 Mitsubishi Motors와 공동으로 수행한 연구보고서이다.

○ 많은 연구가 적분 실험적으로 수행된 된 것과는 대조적으로 단 셀(Single Cell)을 표준적인 방법으로 제작하여 연료전지자동차가 겪게 될 주행모드에 따르는 부하 사이클에 따라 공기극(산소극)의 흑연화 카본블랙 담지 백금촉매의 열화메커니즘을 미분실험을 통하여 단일단계과정(elementary process)별로 분석한 것이다.

○ 개방회로전압(OCV: Open Circuit Voltage) 및 부하 유지시간, 전류밀도 변화, 상대습도 등 부하 사이클 과정에서 겪게 되는 촉매층과 전해질 막에서의 백금촉매의 용해와 침착, 백금입자 성장 등을 사이클릭 볼탄메트리, I-E 분극커브측정을 활용한 전기화학적 평가 그리고 투과전자현미경, 주사이온현미경, 에너지분산X선분광기를 이용하여 부하 전후의 백금촉매의 거동을 살폈다. 연료전지자동차의 실제 주행상태에서의 백금촉매의 열화거동을 밝혀 연료전지개발의 새로운 지평을 열었다고 할 수 있다.

○ 전해질막과 이오노머 속 수분함량이 적은 저 상대습도조건에서는 백금촉매의 용해와 재 침착이 억제되는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 백금이온의 이동과 산화가 억제되기 때문에 연료전지 기동 직후나 아이들링기간 등 긴 OCV유지기간에 낮은 상대습도로 유지하며 운전할 경우 부하 사이클 기간의 백금촉매 열화를 억제시킬 수 있다는 결론을 얻었다.

○ Toyota, Honda, GM 등과 치열한 실용화경쟁을 전개하고 있는 현대/기아차와 Mobis 등이 비교우위를 확보하기 위해서는 본 보고서와 같이 대학 등과의 elementary process연구에 보다 많은 자원을 투입하여야 한다.

저자: C. Takei, K. Kakinuma, K. Kawashima, K. Tashiro, M. Watanabe and M. Uchida
자료유형: 니즈학술정보