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최근 친환경적인 에너지원에 대한 관심이 높아지면서 CO2, NOx 와 SOx 등의 온실 가스를 배출하지 않는 고분자전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 가 널리 연구되고 있다. 낮은 작동온도, 고체 전해질의 사용과 빠른 시동과 높은 효율 등을 가지는 장점이 있지만 내구성과 높은 비용 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 본 학위 논문에서는 연료전지용 촉매의 내구성을 향상시키는 방법에 대해 연구되었다. 첫째, 기존의 ...

최근 친환경적인 에너지원에 대한 관심이 높아지면서 CO2, NOx 와 SOx 등의 온실 가스를 배출하지 않는 고분자전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 가 널리 연구되고 있다. 낮은 작동온도, 고체 전해질의 사용과 빠른 시동과 높은 효율 등을 가지는 장점이 있지만 내구성과 높은 비용 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 본 학위 논문에서는 연료전지용 촉매의 내구성을 향상시키는 방법에 대해 연구되었다. 첫째, 기존의 카본 블랙 (Carbon black) 담지체를 대체하여 상대적으로 내구성이 우수한 그래핀에 담지한 백금촉매와 상용촉매를 물리적으로 혼합하여 복합촉매를 제조하였다. 상용 Pt/C 촉매와 Pt/GOx-Pt/Cy 복합촉매를 제조하여 복합촉매 내의 각 촉매의 비율에 따라 초기 활성과 내구성의 변화를 조사하였다. 물리적 및 전기화학적 분석 결과 복합촉매 내에 20 wt.% 의 Pt/GO 가 첨가되었을 때, 상용 Pt/C 와 비슷한 초기 활성을 보이면서 내구성이 매우 향상되는 것을 확인하였다. 가속화 평가 전과 후의 변화를 Transmission electron microscope (TEM) 으로 관찰하여 촉매에 담지된 백금 입자의 크기 변화를 비교하였으며 half cell 및 full cell 평가 결과를 바탕으로 최적의 복합촉매를 선정할 수 있었다. 둘째, 그래핀 (Graphene) 과 카본 블랙 (Carbon black) 을 복합담지체로 가지는 백금촉매 (Pt/GxCy) 를 제조하여 그 특성을 분석하였다. Thermogravimetric analysis (TGA) 와 X-ray diffraction (XRD) 분석을 통해 제조된 촉매의 백금 담지량과 입자 크기를 확인하였다. 촉매의 전기화학적 분석은 3 전극 시스템에서 순환전압전류법 (cyclic voltammetry, CV) 으로 촉매의 전기화학적 활성을 확인하였고, 촉매의 산소환원능력 (oxygen reduction reaction, ORR) 은 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry, LSV) 으로 평가하였다. 제조된 복합담지체 촉매는 전기적 활성 저하 없이 Pt/C 촉매에 비해 높은 내구성과 산소환원능력을 나타내었다.