수소연료전지 선박의 가혹 조건 모사 및 내구성 향상을 위한 전극 설계

Abstract

수소 가스 고갈과 같은 현상은 수소 연료 전지를 동력원으로 사용하는 자동차, 기차 및 선박과 같은 응용 분야에서 발생할 수 있다. 이러한 현상을 “Fuel Starvation”이라고 하며, 이 때, 연료전지에 전류부하가 적용되면 연료전지의 고장을 유발할 수 있다. 이 상태에서 연료 전지 전압은 점차적으로 역전압(cell reversal)이 되므로, 연료전지의 애노드에서 전극 물질의 심각한 열화가 관찰될 수 있다. 정상 전압 범위에서는 연료 전지의 양극에서 수소 산화 반응이 일어나지만, cell reversal 상태에서는 연료 전지 애노드에서 탄소 산화 반응(탄소 부식 반응)이 일어난다. 일반적으로 연료전지 애노드의 수소산화촉매는 탄소계 지지체(Pt/C)에 나노 크기의 백금계 촉매가 탑재된 형태로 사용된다. 이러한 탄소 지지체는 역전압과 같은 비정상적인 작동 조건에서 부식되어 연료 전지 고장을 유발할 수 있습니다. 연료 고갈 및 역전압으로 인한 고장을 방지하기 위해 전압을 모니터링하고 연료 전지 애노드에 첨가제를 추가하는 전략이 본 연구에서 적용되었다. 역전압 실험 전후에 여러 전극 조건에서 각 전기화학적 성능을 비교했다. 또한 투과전자현미경과 주사전자현미경을 통해 전극의 물성을 분석하였다. 이 결과는 전극의 열화를 지연시키고 연료부족이라는 가혹 조건에서 연료전지의 성능을 유지하기 위한 기초자료로 활용될 수 있다.