Hanshin Choi

Characteristics of Pt/C Nano-catalyst Synthesized by Arc Plasma Deposition

Electricity is generated by the combined reactions of hydrogen oxidation and oxygen reduction which occur on the Pt/C catalyst surface. There have been lots of researches to make high performance catalysts which can reduce Pt utilization. However, most of catalysts are synthesized by wet-processes and a significant amount of chemicals are emitted during Pt/C synthesis. In this study, Pt/C catalyst was produced by arc plasma deposition process in which Pt nano-particles are directly deposited on carbon black surfaces. During the process, islands of Pt nano-particles were produced and they were very fine and well-distributed on carbon black surface. Compared with a commercialized Pt/C catalyst (Johnson & Matthey), finer particle size, narrower size distribution, and uniform distribution of APD Pt/C resulted in higher electrochemical active surface area even at the less Pt content.

Property Characterization and Analysis in Performance, Efficiency and Durability of the Membrane Electrode Assembly for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

인류는 오래 전부터 에너지를 이용해왔으며, 특 히 산업혁명을 거치면서 본격적으로 석유와 석탄 같은 화석연료를 에너지원으로 사용하게 되었다. 그 러나 많은 에너지 전문가들은 곧 화석연료의 매장 량이 바닥을 드러낼 것이며, 과도기적으로 현재는 원자력을 많이 사용하고 있지만, 이웃나라 일본의 예에서 보듯이 폐 핵연료 처리 및 방사능 유출의 가능성 때문에 화석연료 기반의 에너지 시대가 수 소 기반의 신재생 에너지 시대로 바뀔 것으로 예측 하고 있다[1]. 그 중에서 수소 연료전지는 기존 화 석연료의 치명적 문제인 환경오염 유발과 지구온난 화를 발생시키지 않는 청정 에너지 발전 고효율 시 스템이다[2]. 다양한 연료전지 중 고분자전해질 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 수십 W급의 소규 모 발전 시스템부터 수백 KW급의 자동차 전원에 이 르기까지 다양한 적용분야로 많은 연구가 진행되고 있다[3]. 고분자전해질 연료전지는 애노드와 캐소드 에서 각각 수소가 산화되는 반응과 산소가 환원되는 전기화학적 반응을 통하여 부산물로 물과 전기가 생 산되는 친환경적인 고효율 발전시스템이다. 고분자전 해질 연료전지의 가장 큰 특징은 다른 연료전지에 비 해서 작동온도가 저온이기에 자동차를 비롯한 운송 부문에 적합하게 높은 운전-정지 순환특성을 보이며, 빠르게 초기성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 매우 높은 전력밀도(300~1000 mW/cm)와 연료효율 (~60%)을 얻을 수 있다[3, 4]. 고분자전해질 연료전지의 막전극접합체는 크게 세 부분으로 구성되어 있다. 가장 핵심인 소재는 멤브 레인, 촉매층, 가스확산층(Gas diffusion layer, GDL) 이고 이를 합하여 막전극접합체(Membrane electrode assembly, MEA)라고 한다. 멤브레인은 애노드에서 공급된 수소가 이온화되고, 멤브레인을 통과하여 캐 소드로 가서 산소와 만나게 되는 발생장소이다. 따 라서, 무엇보다 높은 프로톤 전도도를 가져야 하며, 물리적, 기계적, 화학적 안정성이 좋아야 한다. 현재 는 술폰산기를 가지고 있는 Dupont 사의 Nafion계 열 막과 Gore사의 Prima막이 가장 많이 사용되며, 좋은 특성을 보이고 있다. 촉매층은 수소 기체가 쉽 게 이온이 되고, 프로톤이 빠르게 멤브레인을 통과 하여 캐소드로 넘어갈 수 있게 해주는 역할을 한다.