Oxygen Reduction of PAFC Gas Diffusion Electrode with Various Pt Impregnation Methods

인산형 연료전지용 기체확산전극의 백금촉매 담지방법에 따른 산소환원 특성

Pt catalyst on carbon black was prepared by colloidal method, ion exchanging method and methanol reducing method. The colloidal method has been used generally. At ion exchanging method, $H^+$ of functional group on carbon surface made by oxidation treatment was exchanged with Pt ion. At methanol reducing method, Pt was impregnated on carbon to reduce by methanol contained with surfactants. With TEM and XRD, Pt particle size impregnated on carbon by various methods was $30{\sim}50{\AA}$. Loading yield was about 100%, loading yield of ion exchanging method was 99.92% by DCP analysis and 99.87% by combustion method. Within 60 hour, current density of oxygen reduction was $460mA/cm^2$ at 0.7V(vs. RHE) at colloidal method. It was the better performance than catalyst prepared by ion exchanging, methanol reducing method. But, it was shown some decrease of performance for long operation time(after 100hour), catalyst prepared by methanol reducing method was shown stable performance.

Carbon 표면에 작용기를 도입하기 위해 산화처리한 후, $H^+$과 Pt 양이온을 교환시키는 이온교환법과 백금용액을 계면활성제가 들어있는 메탄올로 환원을 시켜 carbon에 백금을 담지하는 메탄올 환원법으로 촉매를 제조하여 이미 널리 쓰이고 있는 colloid 방법으로 제조한 촉매와 비교하였다. 메탄올 환원법에서 계면활성제는 carbon과 백금입자의 분산효과를 높이고, 안정한 백금 colloid 용액의 유지를 위해 첨가하였다. 각 담지방법에 의해 담지된 백금입자가 $30{\sim}50{\AA}$의 크기로 분산되어 담지된 것을 TEM과 XRD를 통해 확인하였고, 담지방법에 따른 백금의 담지율은 모두 100%에 가까웠고, 그 중 이온교환법의 담지율이 DCP 측정으로는 99.92%, 연소법으로는 99.87%였다. 각 촉매의 활성을 전기화학적으로 비교하기 위하여 산소환원전류밀도를 측정한 결과, 초기에는(60시간 이내) colloid 방법에 의해 제조된 촉매로 제작한 산소극이 0.7V(vs. RHE)에서 $460mA/cm^2$로 이온교환법, 메탄올 환원법에 의해 제조된 촉매보다 더 우수한 전극성능을 나타냈지만, 장시간(약 100시간 이후) 운전시에 전극성능 감소율은 colloid 방법으로 제조한 촉매로 제작한 전극이 가장 높게 증가하였으며, 메탄올 환원법으로 제조한 전극이 가장 안정된 특성을 보였다.