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동향

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3만회 순환 후에도 81.5%의 방전 출력을 유지하는 신형 촉매 연료전지 개발

2022-02-17 org.kosen.entty.User@4decac7f 코센2022(kosen2022)

분야

에너지/자원,환경

발행기관

한중과학기술협력센터

발행일

2021.08.30

URL

http://kostec.re.kr/3%eb%a7%8c%ed%9a%8c-%ec%88%9c%ed%99%98-%ed%9b%84%ec%97%90%eb%8f%84-81-5%ec%9d%98-%eb%b0%a9%ec%a0%84-%ec%b6%9c%eb%a0%a5%ec%9d%84-%ec%9c%a0%ec%a7%80%ed%95%98%eb%8a%94-%ec%8b%a0%ed%98%95-%ec%b4%89/

중국과학기술대학교 화학·재료과학대학 Wu Changzheng(吳長征) 교수 실험연구팀은 공학과학대학 근대역학부 Wu Hengan(吳恒安) 교수 이론계산연구팀과 공동으로 초소사이즈의 백금 기반 금속간화합물 전기촉매를 합성했다. 해당 전기촉매를 기반으로 조립한 양성자 교환막 연료전지는 3만회 순환 내구성 시험 후에도 81.5%의 방전 출력을 유지하는 등 연료전지 고출력 방전 및 내구적 순환 안정성을 달성함과 아울러 전지 내 3상 계면의 물질 이동 메커니즘을 규명했다. 관련 성과는 최근 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.

연구팀은 약 2㎚ 크기의 초소사이즈 백금 기반 금속간화합물 입자를 합성했다. 초소사이즈 Pt3Co 금속간화합물 입자로 조립한 연로전지는 출력밀도가 상업화 연료전지에 비해 530㎽/㎠ 높다. 내구성 시험에서 초소사이즈 금속간화합물 입자의 3만회 순환 후 단위질량당 활성(mass activity)은 여전히 0.75A/㎎에 달했다. 그리고 메조포러스 탄소 내부에 위치한 백금 기반 금속화합물 입자는 연료전지 작동 조건에서 3상 계면 최적화에 유리하다. 이론적 계산 결과 메조포러스 내부에서 양성자 및 산소의 이동을 고효율적으로 완수할 수 있을 뿐더러 동적 평형을 달성함으로써 전지 물질 이동 저항력을 대폭 줄였다. 아울러 이오노머(ionomer)가 전지 촉매에 대한 독성화 작용을 방지했다.

해당 연구 성과는 나노스케일에서 메소스케일(mesoscale) 차원에서 촉매의 연료전지 막전극 중에서의 구조 설계를 체계적으로 최적화함과 동시에 고성능 구현을 달성함으로써 연료전지 음극 촉매재료 개발에 새로운 아이디어를 제공했다.

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