연료전지 촉매 열화·금속 용출 메커니즘 규명 및 내구성 향상 전략 연구

Fuel cell catalyst degradation and metal dissolution mechanism studies for durability improvement

연구 내용

연료전지 운전 조건에서 촉매 열화와 금속 용출을 operando 관점으로 분석하고, 열화 원인에 기반한 내구성 향상 공정·소재 전략을 제시하는 연구

Fe–N–C 및 단일원자 촉매 등 전기화학 촉매의 열화 경로를 분해하여 활성점 밀도 저하와 전환율 손실의 원인을 정리합니다. 금속 용출과 용해성종의 거동을 전극-전해질 조건에 연계해 해석하고, 알칼리 이온이 촉매 용출에 미치는 영향을 계면 전하 관점에서 확인합니다. 또한 운전 중 안정성(operando stability)을 정리하여, Pt 기반 촉매의 불용성 상 전환 또는 상(phase) 회복 전략으로 성능 저하를 완화하는 방향을 수행합니다. 가스확산전극과 온라인 분석을 결합해 용출량을 측정하는 분석장치 개발도 병행합니다.

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연구 흐름

초기에는 Fe–N–C 촉매에서 관찰되는 열화 양상을 원인 수준에서 정리하기 위해 분해·용출 현상을 중심으로 인과를 탐색했습니다. 이어서 단일원자 촉매의 운전 중 안정성을 종합 정리하여, 활성점 밀도와 전환율 손실 경로를 범주화하는 연구로 확장했습니다. 이후 Pt 기반 촉매에서의 용출을 전해질 조건 및 전하 상태와 연결해 해석하고, 이온 조성에 따른 용출 변화의 원리를 제시했습니다. 최근에는 Pt–Ni 합금과 같은 회복(phase recovery) 전략으로 AEM-URFC 운전 중 성능을 유지하는 접근을 수행하며, 용출량을 실시간으로 측정하기 위한 온라인 전기화학 분석 플랫폼을 개발했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

가스확산전극 기반 온라인 용출량 측정
operando 열화 메커니즘 진단
Pt 기반 전기촉매 내구성 개선 전략
Fe–N–C 열화 원인 분석 프레임
이온 조성 기반 용출 억제 조건 도출
활성점 밀도/전환율 손실 분해 평가
URFC 장수명 운전 설계
Pt–Ni 상 회복을 통한 성능 복원
DOE 내구성 대응 평가 체계
열화 예측 기반 촉매 교체 주기 최적화