MEA 자가열 분극: 촉매 Pt 함량 및 층 두께 영향

연료전지 스택에서 균일한 온도 분포는 시스템 설계 및 스케일업에 매우 중요하지만, 실험실 규모에서는 주로 엔드플레이트 가열 방식으로 온도를 제어합니다. 본 연구는 실제 스택 환경을 모사하기 위해 자가열 활성화 및 자가열 분극 실험을 수행하여 막전극접합체(MEA)의 열적 거동을 분석했습니다. 새로운 유럽 주행 사이클(NEDC) 프로토콜에 따라 MEA를 분극시키고, 동시에 정전류 전기화학 임피던스 분광법(GEIS)을 사용하여 R1, R2, C2 파라미터를 실시간으로 측정했습니다. 대칭적인 Pt 담지량을 가진 C-60-Pt, C-40-Pt, 그리고 저백금 C-60-Pt (0.13 mg Pt/cm2) 세 가지 MEA 구성을 비교했으며, 맞춤형 스프레이 건 로봇으로 가스확산전극을 제작했습니다. 실험 결과, C-40-Pt MEA는 4시간의 자가열 활성화 후 뚜렷한 브레이크인 효과를 보이며 가장 높은 전류 밀도를 달성했습니다. 반면, 저백금 MEA는 가장 낮은 성능을 보였지만, 자가열 분극 중 가장 큰 온도 상승을 나타냈습니다. 임피던스 데이터 분석 결과, C-40-Pt MEA는 유사한 직렬 저항에도 불구하고 더 낮은 내부 저항을 가졌으며, 다공성이 높은 C-60-Pt는 R1이 증가했습니다. 고정 온도 GEIS에 비해 자가열 조건에서 더 일관된 곡선 형태는 온도 적응성이 측정 재현성을 향상시킴을 시사합니다. 본 연구는 연료전지 스택의 실제 작동 조건에서의 열 관리 및 성능 최적화에 중요한 통찰을 제공합니다.