새로운 나노구조 전극 개발로 연료전지 성능 향상시켜 - 전극구조 제어로 백금 사용량 줄어든 연료전지 개발 -
연구결과 개요
2. 연구내용
본 연구진은 연료전지 성능 및 효율 증가를 위해서 수백 나노미터 크기의 기공이 정렬된 형태인 ‘인버스오팔’구조를 이룬 백금 촉매를 연료전지 핵심 소재인 막-전극접합체(MEA; Membrane- Electrode Assembly)에 도입하였다. 기존 연구중에서 인버스오팔 구조를 연료전지에 도입하려는 시도는 있었으나, 탄소 지지체와 고분자 물질의 사용 없이 백금 금속만으로 구성되어 3차원 구조가 온전하게 보전된 형태의 대면적(5 cm2) 전극을 제작하여 실제 고분자전해질 연료전지 단위전지에서 성능을 구현한 것은 이번 연구가 처음이다.
인버스오팔 구조의 물질은 규칙적인 구조를 갖고 있으므로 표면적을 증대시키기 쉽고 짧은 확산경로를 가지며 또한 구불구불한 구조보다 이온전도도가 높고, 각각의 나노입자들이 내부적으로 연결되어있어 내구성이 뛰어난 장점이 있다. 이러한 인버스오팔 구조 물질은 초기에는 광결정(Photonic Crystal) 분야에 응용되었으나 근래 들어 배터리, 태양전지 및 연료전지 같은 에너지 관련 분야로 응용이 확장되고 있다.
그런데 이런 장점을 가진 인버스오팔 구조를 고분자전해질 연료전지의 막-전극접합체에 그대로 적용하는 것은 제한사항이 많았다. 인버스오팔 구조 제작과정에서 흔히 지지체로 사용되는 기판은 실리콘 웨이퍼나 슬라이드 글라스 등과 같이 매끈한 표면을 가진 물질인데, 연료전지의 막-전극접합체에서는 그렇게 사용될 매끈한 표면을 가진 물질이 없기 때문이다.
새로운 나노구조 전극 개발로 연료전지 성능 향상시켜
규칙적인 구조로 고분자전해질 연료전지의 막-전극접합체를 적용해 내구성이 뛰어난 장점이 있는 물질이 뭐야
인버스오팔 구조의 물질