양극 CL(양극 촉매층)에 MOF-NH2를 도입하면 H2와 O2의 혼합을 방지함으로써 안전성이 향상되었으며, 다른 기능화된 MOF에 비해 우수한 사이클 성능을 보였다. • MOF의 기능기는 MOF의 표면적과 기공 크기를 효과적으로 조절하였다. • 기능화된 MOF를 PEMWE의 양극 촉매층에 통합하였다. • MOF는 양극 촉매층 내에서 크로스오버 수소를 포집하였다. • O2 중 H2 농도는 하한 폭발한계(LEL, lower explosion limit) 이하로 감소하였다. 수소가 양성자 교환막 수전해(PEMWEs)의 막을 투과하는 현상은 막을 통한 수소의 혼합이 산소와 양극에서 위험한 농도 수준을 유발하고 잠재적 폭발 위험으로 이어질 수 있으므로 중대한 안전 위험을 초래한다. 본 연구는 H2 흡착 능력을 갖는 금속-유기 골격체(MOF)를 도입하여 PEMWE의 운전 안전성을 향상시키기 위해, 막 전극 조립체(MEA) 내에서 양극 촉매층(CL)을 변형하는 방안을 조사한다. 우리는 다양한 기능기를 갖는 MOF가 O2 스트림 내 H2 농도와 양극 CL의 전기화학적 성능에 미치는 영향을 평가한다. 아민 기능화 MOF는 O2 스트림 내 H2 농도를 가장 크게 감소시킨다. 또한, 온도 변화에 따른 MOF의 H2 흡착 특성의 가역성이 확인된다. 아민 기능화 MOF는 양극에서 O2 중 H2 체적분율을 1.2 mol% 미만으로 나타내며, 이는 O2 중 하한 폭발한계 4 mol%보다 훨씬 낮아 PEMWE의 안전성을 보장한다. 반면, 카복실기 및 설폰산 기능화 MOF는 각각 50 mA cm−2에서 O2 중 H2 체적분율이 1.9 mol% 및 2.2 mol%로 나타난다. 이러한 결과는 PEMWE를 위한 더 안전한 양극 CL을 개발하는 데 있어 핵심적인 통찰을 제공한다.

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