| 초록 |
수소 경제 사회 실현에 필수적인 연료전지 수소차 대중화를 위한 연구, 개발이 세계적으로 활발히 진행되고 있다. Zero-emission, 짧은 충전시간, 긴 주행거리 등의 장점에도 불구하고 수소차의 높은 가격으로 인해 수요의 급증을 기대하기는 어렵다. 연료전지 셀 스택 가격의 26 %를 차지하는 Pt/CB 촉매는 가격 문제 외에도 카본블랙 담지체의 열화에 의해 셀의 내구성이 감소하는 단점이 있다. 그럼에도 Pt/CB 촉매는 전지 반응의 속도 결정 단계인 산소 환원 반응(ORR) 속도를 향상시키기 위해 필수적이다. 따라서 Pt/CB 이상의 내구성을 보이는 저렴한 촉매의 개발이 필요하다. 본 연구에서 Pd-Ru 합금을 질소가 도핑된 산화 그래핀(NGO)에 담지한 촉매를 마이크로파를 이용한 가열 방법으로 합성했다. Pd-Ru/NGO 촉매는 5 wt% 의 금속 함량을 가지며 20 wt% Pt/CB 보다 낮은 가격으로 제작할 수 있다. 도핑된 질소로 인해 그래핀 시트 내의 반응기 수가 증가하여 2.4 nm의 작은 금속 입자가 균일하게 성장했다. 이에 따른 촉매 표면적 증가의 효과로 ORR 반응 시 Pt/CB 촉매를 사용했을 때 보다 높은 한계전류를 생성했다. 또한 Pd-Ru/NGO 촉매에 ORR 구동을 가할수록 반응에 유리한 방향으로 재료에 구조적 변화가 발생했다. 1000 cycle의 반응 후, 초기 한계전류의 140 % 에 해당하는 값을 가졌고 Pt/CB는 95 % 의 값을 가졌다. 이에 우수한 내구성을 확인했으며 연료전지 시스템에 산소환원반응 촉매로 적용할 수 있음을 확인했다. |
