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PEM 수소 생산 | 막전극용 전기촉매
MEA(Membrane Electrode Assembly)는 양성자교환막수전해(PEMWE)의 핵심부품으로, 양성자교환막과 촉매층(CL), 기체확산층( GDL). 전극반응이 일어나는 곳으로 CL과 GDL의 구조는 반응물과 생성물의 이동(기액 2상 흐름), 저항, 양성자와 전자의 이동, 기타 관련 과정에 큰 영향을 미친다. 촉매층은 촉매를 지지하는 부분으로, 캐소드 촉매층과 애노드 촉매는 각각 수소 발생 전극과 산소 발생 전극을 구성한다. 캐소드 촉매층의 촉매 물질은 일반적으로 백금, 일반적으로 다공성 나노카본에 담지된 백금 나노입자입니다. 애노드 촉매층의 촉매 물질은 일반적으로 이리듐 또는 그 산화물(이산화 이리듐 등)이다. 양성자 교환막은 촉매가 내장된 두 전극 사이에 있습니다. 양성자 교환막은 두 전극을 서로 절연합니다. 두 전극은 각각 양극과 음극을 구성합니다.
PEM 물 전기분해에서 탄소 지지 백금 나노입자는 HER(수소 발생 반응)를 촉진하기 위해 음극[수소 발생 전극]에서 전기촉매로 사용됩니다. 수소 발생 반응은 음극에서 일어나며, 수소 발생 반응은 다음과 같습니다.
양극 측에는 사용 가능한 지지 전자 캐리어가 거의 없습니다. 이리듐(금속 또는 산화물)은 산성 매질에서 가장 효과적이고 안정적인 OER 촉매이며, 양극 반응식은 다음과 같습니다.
현재 촉매제조에 있어서 가장 우려되는 문제는 백금, 이리듐 등의 귀금속을 사용하기 때문에 가격 문제이다. 이는 PEM 수소 생산 및 PEM 연료전지 개발을 제한하는 핵심 요소입니다. PEM 수소 생산을 적용하려면 단위 면적당 백금과 이리듐의 양을 줄이고, 막 전극 준비 공정과 막 구조를 최적화하고, 촉매 성능과 구조의 안정성을 보장해야 합니다.
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