Influence of the Catalyst Composition on Electrode Performance for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

촉매조성이 PEM용 연료전지의 전극특성에 미치는 영향

In this study, high performance electrode catalyst was developed in fabrication of membrane electrode assembly for PEMFCs(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells). The I-V characteristics were measured to evaluate the influence of Nafion solution and Pt loading amount in the catalyst composition. The electrode characteristics were also investigated with respect to temperature change. The electrode performance was optimized at Nafion 5 wt% and 0.5 mg Pt/$\textrm{cm}^2$ content. The increase in the concentration of Nafion solution resulted in the decrease in electrode performance. At $80^{\circ}C$ of unit cell, I-V characteristics excelled those obtained at lower temperature. There was no difference in performance at low current density, but the improvement of voltage value in higher temperature could be found at high current density.

본 연구는 고분자 전해질 연료전지에 이용하기 위한 membrane electrode assembly를 제조하는데 있어서 핵심소재인 고성능 전극촉매를 개발하기 위한 것이다. 전극 성능에 영향을 미치는 촉매 조성물 중 Nafion용액과 백금 함침량을 변화시켜 I-V특성을 측정하였다. 또한, 연료전지의 운전조건 중 단위전지의 온도에 따른 전극 성능의 변화를 관찰하였다. Nafion 용액이 5 wt%, 백금 함침량이 0.5 mg/$\textrm{cm}^2$의 조성이 될 때, 전극 성능이 가장 우수하였다. Nafion용액의 함량이 증가할수록 전극 성능은 저하하였다. 또한, 단위전지는 온도가 $80^{\circ}C$가 되었을 때, I-V 특성이 가장 우수함을 알 수 있었다. 저전류밀도에서의 성능차이는 거의 없으나, 고전류밀도에서는 온도가 상승됨에 따라 전압값이 향상됨을 알 수 있었다.