Position-Dependent Cathode Degradation of Large Scale Membrane Electrode Assembly for Direct Methanol Fuel Cell

−

148

⁻

직접 메탄올 연료전지용 대면적 막-전극 접합체 공기극의 위치별 열화 현상

김수길·이은숙

^†

·김이영·김장미·조한익·하흥용*

한국과학기술연구원 연료전지연구단, ^†협진 I&C 에너지 연구 센터 (2009년 2월 24일 접수: 2009년 4월 16일 채택)

Position-Dependent Cathode Degradation of Large Scale Membrane Electrode Assembly for Direct Methanol Fuel Cell

Soo-Kil Kim, Eun Sook Lee

^†

, Yi-Young Kim, Jang Mi Kim, Han-Ik Joh, and Heung Yong Ha*

Center for Fuel Cell Research, Korea Institute of Science and Technology, Hawolgok-dong, Sungbuk-gu, Seoul, 136-791, Korea

†

Energy Research Center, Hyupjin I&C, 143-2 Gwelang-ri, Jungnam-myun, Hwasung city, Kyunggi-do, 445-963, Korea

(Recevied February 24, 2009 : Acceted April 16, 2009)

요 약

대면적

(150 cm

²

)

막전극접합체

(MEA)

를사용하는직접메탄올연료전지

(DMFC)

의내구성과관련 하여

,

^{장시간운전에따른공기극의열화현상을공기극면의위치별로고찰하였다}

. 500

^시간동안

정전류조건으로운전한대면적

MEA

^{를공기극입구}

,

^중간

,

^{출구의세부분으로분할하여각각의}

MEA

에대한성능을관찰한결과

,

대면적

MEA

운전시홍수

(flooding)

현상이심했던공기극 출구쪽

MEA

의성능저하가두드러졌다

.

이는홍수현상에의한촉매의열화및

GDL

의박리에 의한것으로판단된다

.

이중특히촉매의열화현상과관련하여

,

출구 방향으로갈수록촉매의 전기화학적활성면적의감소가 관찰되나이는촉매입자의뭉침

(agglomeration)

^{현상에의한}

것이라기보다는촉매입자의용해

(dissolution)

^와이동

(migration)

^{으로인한촉매의유실때문인}

것으로판단된다

.

전체적인성능감소및촉매의열화정도는공기극의홍수와직접적인비례 관계가 있으며

,

이를 해소하기 위한 물관리 기법 및 분리판 디자인의 개선이 요구된다

.

Abstract

: With respect to the durability of large scale (150 cm

²

) membrane electrode assembly (MEA) of direct methanol fuel cell (DMFC), degradation phenomena at cathode is monitored and analyzed according to the position on the cathode surface. After constant current mode operation of large scale MEA for 500 hr, the MEA is divided into three parts along the cathode channel; (close to) inlet, middle, and (close to) outlet. The performance of each MEA is tested and it is revealed that the MEA from the cathode outlet of large MEA shows the worst performance.

This is due to the catalyst degradation and GDL delamination caused by flooding at cathode outlet of large MEA during the 500 hr operation. Particularly on the catalyst degradation, the loss of electrochemically active surface area (ECSA) of catalyst gets worse along the cathode channel from inlet to outlet, of which the reason is believed to be loss of catalysts by dissolution and migration rather than their agglomeration. The extent of loss in the performance and catalyst degradation has strong relation to the cathode flooding and it is required to develop proper water management techniques and separator channel design to control the flooding.

Keywords :

DMFC, MEA, Degradation, Cathode, Catalyst, Flooding, Membrane, GDL

*E-mail: [email protected]

1. 서 론

직접메탄올연료전지

(DMFC, Direct Methanol Fuel

Cell)

는메탄올과산소의전기화학적산화

/

환원반응을통

해전기를발생시키는일종의에너지변환장치로서

,

주로 수

W

^에서수백

W

^{급의휴대용전원장치나소형수송}

장치의전원공급원으로개발되고있다

.

직접메탄올연료 전지는연료인메탄올이가지는높은에너지밀도와화학적 안정성및수송과보관의용이성등여러장점^1,2)에도불 구하고

,

^{여타의여러연료전지와마찬가지로성능의증대와}

장기간사용에있어서의신뢰성향상이라는과제를안고 있다

.

이와같은문제를해결하기위한접근방법으로새로운 촉매및전해질의개발

,

^{전극구조의최적화}

,

^막

-

^전극접

합체

(MEA, Membrane Electrode Assembly)

^의제조방

법개선

,

운전조건의최적화

,

장기간사용에따른개별구성 요소의열화현상규명및열화방지 기술 개발등이

연구 되고있다

.

^3-10)

특히장시간운전에따른연료전지구성요소나시스 템의열화는연료전지상용화에있어서반드시극복해야 하는장애요소로인식되고있다

.

이와관련하여미국 에너지부

(DOE, Department of Energy)

^에서는

2010

^년

기준 휴대용연료전지의 수명으로

5,000

^{시간을목표}

하고있으나¹¹⁾실제

5,000

시간이상의내구성을구현한

예는많지않다

.

따라서연료전지구성요소및시스템의 열화요인을규명하고이를극복하기위한새로운재료의 개발이나시스템운전기술의개발은연료전지의장기신 뢰성확보를통한상용화의돌파기술이라할수있다

.

고분자전해질막을사용하는수소고분자전해질연료 전지

(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel

Cell)

^이나

DMFC

^{와같은저온형연료전지의구성요소별}

열화 요인은 크게 촉매의 소결

(sintering)

이나 용해

(dissolution)

또는부식

(corrosion)

에의한전기화학적활 성 표면적

(ECSA, Electrochemically Active Surface Area)

의감소

,

^12-14)연료에섞여주입된불순물이나부식된 구성요소에서나온불순물에의한전해질의화학적열화 또는전도도감소

,

¹⁵⁾촉매층과기체확산층

(GDL, Gas Diffusion Layer)

^{의탄소나이오노머}

(ionomer)

^의유실

,

¹⁶⁾

GDL

의친수성

/

소수성의변화¹⁰⁾등다양한것으로알려져

있다

.

특히공기극의경우다량의물발생과

,

발생한물의 원활한 배출이 이루어지지 못할 경우 발생하는 홍수

(flooding)

^{현상은이러한구성요소의열화를가속화}

시키는것으로알려져있다

.

^15,17-20)

Natarajan

등은

segmented cell

을 이용한 실험 결과

,

flooding

이분리판채널의위치에 따라불균일한전류

분포를야기함과

,

^{채널의출구부분에서더낮은출력밀도를}

나타냄을관찰하였다

.

²¹⁾이러한 전류밀도의불균일은

정전류운전조건하에서

MEA

상의국부적인전압의불

균형을야기할것이며

,

특히대면적

MEA

의경우

MEA

의 위치별로서로다른경향의열화를유발할것으로판단된다

.

본연구에서는

150 cm

²의면적을 가지는

DMFC

용

MEA

를장시간정전류운전조건으로운전한후

, MEA

공기극의위치에따른열화현상을관찰하고

,

이를바

탕으로홍수현상과

MEA

^{구성요소의열화상관관계를}

규명함으로써보다높은신뢰성을가지는대면적

MEA

설계기술 개발에기여하고자한다

.

2. 실 험

실험에사용된

150cm

²크기의대면적

MEA

를아래와

같이제조하였다

. GDL

^{은탄소천안에발수성처리를}

위하여

20%

^의

PTFE (poly tetra fluoro ethylene)

^를

함침하고열처리하였다

. Vulcan XC-72

과

PTFE

용액을 물과알코올의혼합용매에서분산하여슬러리를제조하여 탄소천의 한면에 도포하여 약

30

μ

m

^두께의

MPL (micro porous layer)

^{을형성하였다}

.

^{나머지한면에다시}

탄소슬러리를도포하여

70

μ

m

의

MPL

을형성하여

350

도 의공기분위기의오븐에서

30

분간열처리하였다

.

이때 만들어진

GDL

^{은가운데탄소천을사이에두고 얇은}

MPL

^{층은분리판과접하게되고}

,

^두꺼운

MPL

^층에는

촉매층이 형성되게된다

.

촉매는

Johnson Matthey

사의

HiSPEC#1000

과

HiSPEC#6000

을 각각 공기극과 연

료극으로사용하여촉매함량은

3 mg/cm

^{2으로하였다}

.

Nafion 115

^{와 각각 제조한 전극을 이용하여}

135

^o

C, 80 kgf/cm

²의조건에서

MEA

를제조하였다

.

이와같이제조된대면적

MEA

를이용해

5

단

short stack

^{을제조하였다}

.

^{사용된분리판은}

serpentine

^형태의

9

^{채널로구성된유로를가지고있으며}

,

^{유로의너비는}

1 mm

이고깊이는연료극의경우

0.5 mm

이고공기극의

경우

0.8 mm

이다

. Stack

은

15 A

의정전류조건으로

80

^o

C

^에서

500

^{시간운전하였으며}

,

^{이때단위전지에걸}

리는전압은

0.4 V

이내이다

.

연료는

1 M

의메탄올을 당량비

3

으로공급하였고

,

공기극의경우건조공기를 당량비

6

으로공급하였다

. 500

시간의장기운전이종료된 뒤

, 5

^장의

MEA

^{중한장을택해서}

GDL

^{을포함한상태}

로

Fig. 1(a)

와같이공기극면을기준으로채널의입구

(Ca1)

에서출구

(Ca3)

방향으로세군데로분할하였다

.

Ca1

의분할에있어서

,

공기극입구에서너무가까운부분을

분할할경우꺾여서돌아오는다음채널들의면적

(Fig. 1(b)

참조

)

을포함하게될가능성을배제하고자입구의유로가 길이방향을지나처음꺾이는부분을선택하였다

.

이경우

,

돌아나가는아래쪽유로가포함되더라도 동일한위치로

취급될수있다

. Ca3

^{의경우도같은이유로위치를선택하}

였다

.

분할된

MEA

는외곽부분의

GDL

및촉매층을일부 제거하여 전해질막을노출시킴으로써 활성면적기준

3.3

×

3.3 cm

²의소형

MEA

로개조하여성능평가를수 행하였다

.

소형

MEA

의성능평가는

0.5M

및

1M

메탄올 및공기를당량비

6

으로공급하여

80

^o

C

에서측정하였다

.

^{또한순환전위흐름법}

(CV, Cyclic Voltammetry)

^을이용

하여개별소형

MEA

공기극촉매의전기화학적활성

면적을 측정하였다

.

또한

SEM (Scanning Electron Microscope), EPMA (Electron Probe Micro Analysis)

및

XRD (X-ray Diffraction)

^{를 이용하여 각}

MEA

^의

단면의형태

,

물리적변화

, MEA

각층에있어서촉매입

자의거동및촉매입자의결정성과크기등의변화를비교

분석하였다

. SEM

분석은

MEA

를액체질소로냉각시킨

상태에서 단면을 형성하여

Au

^{박막을 스퍼터링}

(sputtering)

으로

90

초간코팅하여가속전압

10kV

로단면 을관찰하였다

. EPMA

분석은

SEM

분석시편과동일한

절차로 시편을 제작하여 가속 전압

8 kV

^에서

line

profiling

^과

mapping

^을하여

Pt, Ru, F, C

^{의분포를관찰하}

였다

. XRD

분석은

MEA

표면의탄소천을제거하고

, thin

film mode

로

20

^o

< 2

θ

<90

^o범위에서입사각을

1.2

^o로 낮추어최대한표면의정보만추출하였다

.

대면적

MEA

공기극상의물거동을시각적으로관찰하기

위해

Fig. 1 (b)

와같은투명분리판을아크릴로제작하여

사용하였다

.

집전을위해

stainless steel

을이용해

9

채널

serpentine

^{형태의관통된유로를}

GDL

^{바깥쪽에위치시}

키고그외곽에투명한아크릴판을대어외부에서공기극 물발생및거동을용이하게관찰할수있게하였다

.

그 림상의오른쪽상단이공기극입구이며

,

^{왼쪽하단이공기극}

출구로서그구조는

Fig. 1(a)

^{와동일하다}

. Short stack

^에

사용된

MEA

와동일한방법으로제작된

MEA

를이용해 단전지테스트를통해공기극의물거동을관찰하였다

.

3. 결과 및 고찰

Fig. 1(b)

에투명셀을이용하여대면적

MEA

공기극에 서의물의거동을관찰한결과를도시하였다

.

^{그림오른쪽}

상단의공기극입구쪽에서는채널의모습이선명히관찰 되나

,

채널을따라왼쪽하단의공기극출구방향으로갈 수록발생된물이기화된상태나일부응축된상태로채널에 고여있음을명확히알수있다

.

^{이는공기극출구방향으로}

갈수록공기극반응에의해생성된물이축적되고원활히 배출되지못하기때문이다

.

공기극에축적된물은

,

단기간 축적의경우일시적으로반응물의이동을막음에의한물질 전달과관련된성능감소등의회복가능한

(reversible)

성능저하를야기하나

,

^{과량의물에의해장시간홍수현상이}

발생할경우

MEA

의기계적손상뿐아니라장시간국부 적인연료의공급차단을야기하고

,

¹⁵⁾이로인해회복불 가능한

(irreversible)

^{손상을발생시킨다}

.

^{이러한홍수현}

상은양쪽전극모두에서나타날수있으나일반적으로

PEMFC

의경우공기극의홍수현상이훨씬심각한성능

감소를야기하는것으로알려져있다

.

^17,18)

Fig. 1 (b)

^{와같은공기극의홍수가장시간지속}

(

^본실험

에서는약

500

시간의운전

)

되었을경우발생하는여러열화 현상을관찰하기위해아래와같은실험을진행하였다

.

우 선

, 500

시간장기운전을거친대면적

MEA

를

Fig. 1(a)

와 같이공기극기준입구에서출구방향으로세군데로분할 하여성능테스트를수행하였다

.

성능 테스트결과는

Fig. 2

에도시하였다

(

장기운전과관련된대면적

MEA

의 운전거동에관련된사항은본논문에서는논외로한다

.).

Fig. 2

^{에서나타낸바와같이공기극입구와가까운}

Ca1

^에서

출구와가까운

Ca3

로갈수록성능의 감소가뚜렷함을 알수있다

. 0.5M

메탄올을사용한성능평가

(Fig. 2(a))

에 있어

, 0.4V

기준으로

Ca1

의경우약

55mW/cm

²의성능 을 보이고 있는 반면

, Ca2

^{의 경우는 약}

49 mW/cm

²

, Ca3

의경우약

30mW/cm

²의성능을나타내고있다

.

이는

Ca1

에서

Ca3

로갈수록

,

즉공기극입구에서출구방향으로

Fig. 1. (a) Schematic diagram of large scale (150 cm

²

) MEA and sub-MEAs (Ca1 ~3) divided from the large MEA. Sub-MEAs are obtained along the cathode channel.

Inlets and outlets of cathode (solid arrow) and anode (dotted arrow, opposite side of the surface) are also indicated. (b) Transparent cathode composed of stainless steel 9 channel penetrated serpentine type separator and acryl plate to observe the cathode flooding across the cathode channel.

Right top is the cathode inlet and the outlet is positioned

diagonally. Flooding is seen close to the outlet.

갈수록장기운전에따른

MEA

의열화가심하게일어났음을 의미한다

.

개회로전압

(OCV, Open Circuit Voltage)

의경우 세가지모두

0.65~0.67V

^{로다소낮으나}

,

^{균일한값을나}

타내고있다

. 0 (OCV)~10mA/cm

²근방의활성화손실의 경우

,

공기극입구에가까운

Ca1

및

Ca2

의경우약

80mV

의 전압강하를보이나

,

공기극출구에가까운

Ca3

의경우

약

140mV

^{의다소높은전압강하를나타내고있다}

.

^또한

대략중간전류밀도영역인

50~ 100mA/cm

²의저항성

손실구간의기울기역시

Ca3

의경우다른두가지보다

다소높음을알수있다

. Fig. 2(b)

에나타난바와같이

1M

^{의메탄올을사용한경우에도}

Ca1

^{의성능이가장높고}

Ca3

로갈수록성능이감소하는비슷한경향을나타낸다

.

따라서이러한기본적인성능평가로부터

,

공기극입구에 서출구방향으로갈수록홍수현상에의한

MEA

의열화 가더심각하며

,

^{그중상당부분이촉매의열화및전해질}

막의손상이나각층

(layer)

의탈리에의한저항성성분의

증가에의한것임을유추할수있다

.

명확한분석을위하여

,

^각

MEA

^{의공기극촉매에대}

하여

CV

^{분석을수행하여 그결과를}

Fig. 3

^에도시하

였다

.

그림에서나타난바와같이공기극입구와가까운

Ca1

과

Ca2

의경우전기화학적활성면적

(ECSA)

가크게 차이나지않는반면

,

^{공기극의출구와가까운}

Ca3

^의경우

활성면적이큰폭으로감소된것을볼수있다

. ECSA

의

감소는일반적으로촉매입자의뭉침

(agglomeration)

에

의한입자크기의증가로인해표면적이감소하거나

,

^12,13)

부식이나용해및이에따른촉매입자의이동에의한

촉매량의감소로인해나타난다

.

¹⁴⁾

ECSA

의감소가촉

매입자의뭉침과 용해중어느요인에의해 더크게 영향을받는지알아보기위해각

MEA

^{의공기극촉매에대}

한

XRD

^분석과각

MEA

^{에있어서촉매의이동을관찰}

하기위한

EPMA

분석을수행하여그결과를각각

Fig. 4 Fig. 2. DMFC performances of sub-MEAs obtained from

the original large MEA after 500hr operation. 0.5M (a) and 1M (b) methanol and dry air were fed with stoichiometry of 6 and the cells were operated at 80

^o

C. Ca1 exhibits the best performance while Ca3 shows the worst indicating the most severe MEA degradation in Ca3.

Fig. 3. Cyclic voltammogram to observe the variation in the electrochemically active surface areas (ECSAs) of cathode catalysts according to the sub-MEAs. A great reduction in ECSA is monitored in Ca3 revealing a severe catalyst degradation.

Fig. 4. XRD analysis of cathode catalysts of each sub-

MEA indicating no significant change in the crystallographic

structure and particle size.

와

Fig. 5

에도시하였다

.

Fig. 4

^{에 도시한}

XRD

^{분석 결과}

,

^{세 가지}

MEA

^에

있어공기극촉매의결정학적구조는크게차이가없는 것으로판단된다

.

일반적으로높은온도에서

Pt

입자의 성장이빨라지는것으로알려져있으며

,

²²⁾따라서발열 반응을일으키는공기극촉매의입자성장이연료극보다 더쉽게일어날것을예측할수있다

.

그러나

, Pt (220) peak

를기준으로

Debye-Scherrer

식을이용해각각의

MEA

^공기극

Pt

^{입자의크기를계산해보면}

, Ca1

^의경우

약

6.7 nm, Ca2

^의경우

7.5 nm, Ca3

^의경우

7.0 nm

^정

도로공기극입구대비중간및출구쪽촉매의입자크기가

다소큼을알수있지만

, Fig. 3

의

ECSA

감소를설명할 만큼의입자성장이라고보기에는무리가있다

.

^일반적

으로높은전압에서이러한입자성장이두드러짐¹¹⁾을 고려했을때

,

본연구에서적용된

15A

의정전류운전시

단위전지의전압이

0.4 V

이내의저전압임을 고려하

면

, Pt

^{입자의성장이그리크지 않음을알수있다}

.

촉매입자의용해와이동에의한열화정도를분석하기 위해

Fig. 5

에각

MEA

의단면에대한

EPMA

분석결과 를도시하였다

. Fig. 5 (a)

^와

(b)

^는각각

Ca1

^과

Ca3

^의단

면

profile

^{에대한정보를나타낸다}

. Ca1

^의경우

(Fig. 5(a)),

연료극과공기극쪽의

GDL

에의한

C

피크가관찰되고

, Fig. 5. (color) EPMA analysis of Ca1 (a) and Ca3 (b) across the MEA structures and their cross sectional SEM images.

Delamination of GDL and severe catalyst migration into the membrane are seen in case of Ca3. The colored line peaks on

the left side of each EMPA figure represent line profiles.

전해질막에의한

C

와

F

의피크들이관찰된다

. Ru

의경우 연료극쪽에띠를잘형성하고있으나

,

^{공기극쪽에서도}

작은피크가관찰되고있다

. Pt

의경우양쪽전극에잘 정의된경계면을가진띠를형성하고있으나

,

막의중간 에서도작은피크가관찰된다

.

전체적으로보면양전극의 촉매가제위치에잘분포되어있고

,

^{전해질막 내로의}

촉매의침적이그리심하지않으나

,

소량의

Ru crossover

가관찰된다

.

또한공기극

Pt

촉매의유실로의심되는 피크

intensity

^{의감소가관찰된다}

.

^{해당하는단면에대한}

SEM

^{사진을오른쪽에도시하였다}

.

^{시편중앙의일직선}

형태의홈은전자빔 조사에의한전해질막의 손상때 문이다

. Ca3

의경우

(Fig. 5(b)), GDL

의완전박리로 인해촉매층외곽의탄소가전혀검출되지않는다

.

^오른

쪽의

SEM

^{사진에서도공기극 쪽의}

GDL

^{이박리되어}

있음을알수있다

.

연료극상단에두꺼운층처럼보이는 부분은

,

시편의기울어짐에의해연료극촉매층표면이 비스듬히관찰되는것으로써

,

^{연료극역시}

GDL

^이박리

되어있음을알수있다

.

^{촉매층에있어서는}

,

^양단의

Pt

^가

계면을 잘유지하고있으나

, Ca1

의경우에비해 전해

질막에침적된

Pt

의양이다소많음을알수있다

. Ru

역 시전해질막내에비교적넓은범위에서다량검출되는 것을확인할수있다

.

즉

,

공기극입구방향대비출구

방향으로갈수록홍수현상에의한

GDL

박리등의물

리적열화현상과아울러

,

촉매입자의용해에의한전해 질막으로의이동이심해지는것을알수있다

.

^홍수현상

에의한과량의물은전극이나촉매층의부식

, GDL

이나

전해질막의열화를가속화하는것으로알려져있다

.

^19,20)

촉매입자의전해질막침적과관련하여

,

전해질막내부 의

Ru

^{은알려진바와같이연료극촉매의용해에따른}

crossover

에 의한 것^13,23,24)으로 판단되나

, Pt

의 경우

양쪽전극중어느전극에서

crossover

되어온것인지

명확하지 않다

. Pt

의

dissolution

은

RHE

기준

0.8 V

이상의고전압에서활성화되기때문에^25,26)동일한조건

에서운전시공기극에서더심각하게발생한다

.

또한

PEMFC

의경우

,

열화테스트이후높은농도의

Pt

가전 해질막내부의공기극가까이나전해질막과의계면에

침적되어

Pt

^{의 띠를 이루는 것으로알려져 있다}

.

^27-29)

따라서전해질내부에침적된

Pt

의경우대부분공기극 에서

crossover

된것으로보는견해가지배적이다

.

그러나

Park

등은²³⁾

DMFC

의 내구성 테스트동안 연료극의

Pt

^{가전해질막을통과하여공기극쪽으로이동한다고보고}

하였다

.

그들은연료극촉매의분해에의해발생한

Pt

및

Ru

이온이전해질막을통과해공기극및전해질막내부 에서재증착된다고주장하였다

.

특이할만한점으로

, Fig. 5 (b)

^{에나타낸바와같이본실험에사용된}

MEA

^에

서도연료극의

Pt

피크의

intensity

가크게감소하고

,

공 기극의

Pt

피크의

intensity

가증가하는현상이관찰된다

.

이는마치연료극의

Pt

가용해되어공기극쪽으로이동된 것을반영하는것처럼보인다

.

^{그러나본연구에사용된}

Ca3

의경우심한홍수현상에의해

GDL

이박리되는

과정에서촉매의상당량이

GDL

에묻어있을가능성이있는 것으로추측되는바

,

연료극

Pt

촉매의공기극으로의이 동을뒷받침하는증거로보기어렵다

.

^다만

,

^{홍수현상에}

의한국부적인반응물의차단이셀의역전위를발생시킬수 있음¹¹⁾과

, Pt

의침적양상이연료전지의작동전압

(

전류

)

이나온도와같은운전변수에의해많은영향을받음^29,30)

을고려하면

,

^연료극의

Pt dissolution

^{및 공기극으로의}

이동이발생할확률을무시하기어렵다

.

한가지확실한

것은

Fig. 1(b)

와 같은 공기극출구쪽의 홍수 현상이

Fig. 5

^{에나타낸바와같이촉매열화를가속화하여전}

해질막내로의침적을증가시킨다는사실이다

.

상기와같이

,

대면적

MEA

공기극의경우홍수현상과

MEA

의열화에직접적인상관관계가있으며

,

홍수현상이 심해질수록촉매의열화가가속화됨을알수있다

.

^따라서

대면적

MEA

^{를사용하는직접메탄올연료전지의내구성을}

개선하기위해서는촉매

,

전해질

, GDL

등의고신뢰성재료의 개발과더불어공기극에서의물관리및홍수현상을최소화 할수있는운전조건및분리판의설계가필요하다

.

4. 결 론

DMFC

^{의내구성에있어서특히 대면적}

MEA

^를사

용하는경우공기극의홍수현상과공기극열화사이에

밀접한 상관 관계가 존재한다

. 500

시간 동안 정전류

조건으로장기운전한대면적

MEA

를공기극의위치 별로분석한결과공기극입구에서출구방향으로갈수록

MEA

^{의열화현상이두드러짐을관찰하였다}

.

^이는대

면적

MEA

의출구방향에서특히심하게발생하는홍수 현상에의한것으로

,

주로촉매의열화 및

GDL

의박 리에의한것으로판단된다

.

^{특히촉매의경우공기극출구}

방향으로 갈수록 전기화학적 활성 면적이 크게 감소

하였으며

, XRD

및

EPMA

분석결과촉매의뭉침현상에

기인한다기보다촉매 입자의용해및이동과 밀접한 관계가있는것으로판단된다

.

^{따라서이러한공기극출구}

방향에서의홍수현상을제어할수있는최적의분리판

설계등의방법을통해

MEA

열화를일정부분방지할

수있을것으로예측된다

.

감사의 글

본연구는신재생에너지프로젝트형기술개발사업의 일환으로진행되고있는소형카트용연료전지하이브리드 시스템개발

(

과제번호

: 2006-N-FC 12-P-03)

과제의 지원을받아수행되었습니다

.

이에감사드립니다

.

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