고온 PEM 연료전지용 다기능 전극

Multifunctional Matrix‐Activated Electrodes Enabling Efficient Proton Transport and Durable Low‐Pt Operation for High‐Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Gyeongseok Gwak, Sunjin Park, J.S. Kim 외 5인·Advanced Energy Materials·발표 2026.09· 0 인용

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한국어 핵심 요약

인산(PA) 손실, 재분배, 플러딩과 같은 문제는 고온 양성자 교환막 연료전지(HT-PEMFC)의 성능과 내구성을 심각하게 저해합니다. 기존의 양성자 전도성 첨가제나 소수성 PTFE는 부분적인 해결책에 불과하며, 높은 백금(Pt) 로딩과 제한적인 고온 작동성으로 인해 상용화에 어려움이 있었습니다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 세륨 수소 인산염(CeHP)이 통합된 다기능 매트릭스 활성 전극(MME)을 개발했습니다. 이 MME는 200°C 이상의 가혹한 고온 환경에서 인산 함유 전극 미세 환경을 안정화하고 전기화학적 경로를 보존합니다. 통합 매트릭스는 고온 양성자 전도, 라디칼 소거, 다공성 촉매층의 구조적 강화를 동시에 제공하여 고온에서의 성능 저하를 완화합니다. 최적화된 MME는 240°C에서 최고 전력 밀도를 38% 향상시키고, 전압 감소율을 62% 감소시켰습니다. 특히, 상용 HT-PEMFC 전극 대비 40% 수준의 낮은 백금 로딩(0.4 mg Pt cm-2 vs. 1.0 mg Pt cm-2)으로도 우수한 성능을 달성했습니다. 이러한 결과는 다기능 촉매층 매트릭스 엔지니어링이 가혹한 고온 조건에서 산성 도핑 고분자 전기화학 시스템의 내구성을 높이고 저백금 HT-PEMFC 작동을 가능하게 하는 효과적인 전략임을 입증합니다.

섹션 미리보기

연구 배경

고온 양성자 교환막 연료전지(HT-PEMFC)는 인산(PA) 손실, 재분배, 플러딩 문제로 인해 성능과 내구성에 한계가 있습니다. 기존 해결책들은 높은 백금(Pt) 로딩과 제한적인 고온 작동성으로 상용화에 어려움이 있었습니다.

핵심 발견

세륨 수소 인산염(CeHP)이 통합된 다기능 매트릭스 활성 전극(MME)은 240°C에서 최고 전력 밀도를 38% 향상시키고 전압 감소율을 62% 줄였습니다. 이는 상용 전극 대비 40%의 낮은 백금 로딩으로 달성된 결과입니다.

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