• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.256-263
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• 2012

We studied the degradation phenomenon of Pt catalyst in PEMFC. We used the electron microscope analysis technique including the ultra-microtome pretreatment method, FEG-SEM and TEM analysis methods for analysis of Pt nanoparticles. The Pt catalyst degradation is observed not only in electrode site but also in membrane site. We investigated these various degradation phenomena. The cathode electrode layer thickness is reduced. The size of the catalyst is increased much larger than initial size in membrane site. The catalyst moved from electrode layer to the electrolyte membrane. The rounded shape of catalyst was changed to the polygon. As a result, we found that the catalyst degradation processes of migration and coarsening occurred by the followings mechanisms; (1) dissolution of Pt ; (2) diffusion of Pt ion ; (3) Pt ion chemical reduction in membrane; (4) Coarsening of Pt particles (Ostwald ripening) ; (5) polygon shape change of Pt by {111} plane growth.

• 전기화학회지
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• 제2권3호
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• pp.171-175
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• 1999

Novel process for high power catalyst electrode for PEM fuel cell has been developed. MEA having this catalyst electrode showed $0.5W/cm^2\;with\;0.2mg/cm^2$ of Pt loading at aunospheric humid hydrogen and oxygen condition. In this process, platinized carbon and plain carbon powders were coated with ionomer (Nafion) and hydrophobic polymer (PTFE), respectively and it could maximize two roles of catalyst electrode, l.e., reaction and gas supplying component. Those polarization characteristics proved the improved performance by reducing potential drop especially in the concentration polarization region.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1992년도 학술발표회 초록집
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• pp.39-40
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• 1992

This paper dealt with the manufacturing of binary alloy catalyst and showed simple electrochemical method for determing catalytic activity of oxygen reduction in acid or alkaline electrolyte. The catalyst was prepared by impregnating transition metal salts on platinum or silver particles adsorbed before on carbon paper substrate. The electrochemical characteristics of the catalysts was investigated with carbon paper electrode or PTFE-boned porous electrode and then cathodic current densities and tafel slopes were compared. As a result, of all binary catalysts utilized in this work, Pt-Fe, Pt-Mo showed better oxygen reduction activity than pure platinum catalyst in acid electrolyte and Ag-Fe, Ag-Pt, and Ag-Ni-Bi-Ti catalyst did than pure silver catalyst in alkaline electrolyte. The current density of Pt-Fe electrode in acid electrolyte was one and half times higher than that of Pt electrode(~500mA/$\textrm{cm}^2$ at 0.7VvsNHE).

• 에너지공학
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• 제2권2호
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• pp.194-199
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• 1993

인산형 연료전지에서 cathode 및 anode 전극의 반응 면적을 넓혀 전극성능을 향상시키고자 전극 촉매층에 가스 확산로를 도입하였다. 촉매층의 제작은 기체확산로로 이용하고자 제조된, 촉매가 담지되어 있지 않은 PTFE/carbon과 10w/o의 촉매가 담지된 Pt/carbon을 혼합 비율을 달리하면서 촉매 분말법으로 제작하였다. PTFE를 60w/o 담지한 PTFE(60 w/o)/carbon 분말과 Pt(10 w/o)/carbon분말을 7 : 3의 비율로 혼합하여 제조된 전극이 가장 우수한 성능을 보였다. 이들 조성을 변화시키면서 전극의 다공성과 전극성능을 비교 검토하여 본 결과 전극성능은 기체 확산로로 이용되는 macro pore와 전해질의 침투로 이용되는 micro pore 모두가 많이 형성됨에 따라 향상되었음을 알 수 있었다. 이때 전극에 담지된 백금 촉매의 양은 0.2mg/$\textrm{cm}^2$이었으며 PTFE함량은 42w/o이었다. 작동온도 15$0^{\circ}C$, 단자전압 0.7 V에서 전류밀도는 220 ㎃/$\textrm{cm}^2$이었다.

• 청정기술
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• 제9권3호
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• pp.133-144
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• 2003

본 연구는 불용성 산화물계 촉매전극을 제조하고 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 포함하고 있는 염색폐수를 대상으로 전해처리 실험을 수행하였으며, 이때 전해시스템에 사용된 가용성 전극(Fe, Al)과 불용성 전극 [SUS, R.C.E(Replaced Catalyst Electrode);금속산화물 전극]에 대한 환경오염물질의 처리 효율성과 각 전극에 대한 유용성 여부를 비교 고찰하였고, 또한 전해 처리 효율성을 극대화하기 위한 전해처리 조건들에 관해 조사하였다. 이 결과 오 폐수 처리를 위한 전기분해 공정의 실용화에 있어서 가장 큰 문제점 중의 하나인 전극 안정성은 불용성 산화물계 촉매전극을 제조 사용함으로써 해결될 수 있었으며 이에 따른 실험결과는 다음과 같다. 1. 불용성 전극인 R.C.E 제조시 $RuO_2-SnO_2-IrO_2-TiO_2$의 4성분계 혼합물의 몰 비가 70/20/5/5이 될 때 내구성이 가장 양호함을 확인 할 수 있었다. 2. 불용성 전극인 R.C.E를 이용한 염색폐수 처리 시 전극간 거리 5mm, 전해시간 60분, 인가전압 10 V, 처리 용량 $0.5{\ell}$의 실험 조건에서 90% 이상의 양호한 CODMn 처리효율을 얻을 수 있었으며 또한 T-N 제거에도 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.95.2-95.2
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• 2011

In order to achieve high performance and low cost for commercial applications, the development of membrane electrode assemblies (MEA), in which the electrochemical reactions actually occur, must be optimized. Expensive platinum is currently used as an electrochemical catalyst due to its high activity. Although various platinum alloys and non-platinum catalysts are under development, their stabilities and catalytic activities, especially in terms of the oxygen reduction (ORR), render them currently unsuitable for practical use. Therefore, it is important to decrease platinum loading by optimizing the catalysts and electrode microstructure. In this study, we prepared several different MEAs (non-uniform Nafion$^{(R)}$ ionomer loading electrode) which have dual catalyst layers to find the optimal Nafion$^{(R)}$ ionomer distribution in the electrodes. We changed Nafion$^{(R)}$ ionomer content in the layers to find the ideal composition of the binder and Pt/C in the electrode. For MEAs with various ionomer contents in the anodes and cathodes, the electrochemical activity (activation overpotential) and the mass transport properties (concentration overpotential) were analyzed and correlated with the single cell performance. The dual catalyst layers MEA showed higher cell performance than uniformly fabricated MEA, especially at the high current density region.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.135.2-135.2
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• 2010

Carbon nanotube(CNT) has been spotlighted as a promising candidate for catalyst support material for PEMFC (proton exchange membrane fuel cell). The considerable properties of CNT include high surface area, outstanding thermal, electrical conductivity and mechanical stability. In this study, to fully utilize the properties of CNTs, we prepared directly oriented CNT on carbon paper as a catalyst support in the cathode electrode. The CNT layer was prepared by a chemical vapor deposition(CVD) process. And the Pt particles were deposited on the CNT oriented carbon paper by impregnation and eletro-deposition method. The potential advantages of directly oriented CNT on carbon paper can include improved thermal and charge transfer through direct contact between the electrolyte and the electrode and enhanced exposure of Pt catalyst sites during the reaction.

• 전기화학회지
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• 제15권1호
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• pp.12-18
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• 2012

다양한 응용분야에서 활용될 수 있는 고체고분자연료전지의 경우 현재 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 것이 고가의 백금 촉매이다. 따라서 특히 최근 들어 산소환원반응에서 백금을 대체하는 물질을 개발하기 위한 연구가 전세계적으로 확산되고 있다. 그러나 촉매 개발 시 경제성 관점 외에 내구성도 고려해야 하는데, 이런 관점에서 백금과 유사한 물성과 활성이 기대되는 백금족 원소들이 한 대안이 될 것이다. 가장 백금과 유사한 물성, 활성을 나타내는 팔라듐과 칼코겐화물 형태의 루테늄이 지금까지 가장 많이 연구가 되었으며 상대적으로 이리듐, 로듐, 오스뮴은 산소환원 촉매로 많은 연구가 되지 않았다. RDE (rotating disk electrode)를 이용한 반쪽전지 실험이나 연료전지 MEA (membrane electrode assembly) 운전을 통하여 백금과 활성을 비교해보면 팔라듐 계열의 비백금 촉매가 가장 백금에 가까운 활성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이 논문에서는 각 백금족 원소들 기반의, 현재까지 문헌상으로 보고된 촉매조성들을 분석하여 비백금 산소환원 촉매 개발에 도움이 되고자 한다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제10권1호
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• pp.22-28
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• 2019

To maximize the oxygen evolution reaction (OER) in the electrolysis of water, nano-grade $IrO_2$ powder with a low specific surface was prepared as a catalyst for a solid polymer electrolyte (SPE) system, and a membrane electrode assembly (MEA) was prepared with a catalyst loading as low as $2mg\;cm^{-2}$ or less. The $IrO_2$ catalyst was composed of heterogeneous particles with particle sizes ranging from 20 to 70 nm, having a specific surface area of $3.8m^2g^{-1}$. The anode catalyst layer of about $5{\mu}m$ thickness was coated on the membrane (Nafion 117) for the MEA by the decal method. Scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) confirmed strong adhesion at the interface between the membrane and the catalyst electrode. Although the loading of the $IrO_2$ catalyst was as low as $1.1-1.7mg\;cm^{-2}$, the SPE cell delivered a voltage of 1.88-1.93 V at a current density of $1A\;cm^{-2}$ and operating temperature of $80^{\circ}C$. That is, it was observed that the over-potential of the cell for the oxygen evolution reaction (OER) decreased with increasing $IrO_2$ catalyst loading. The electrochemical stability of the MEA was investigated in the electrolysis of water at a current density of $1A\;cm^{-2}$ for a short time. A voltage of ~2.0 V was maintained without any remarkable deterioration of the MEA characteristics.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권3호
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• pp.43-48
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• 2002

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.