나노기술 및 정책 정보

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● 중국과학원 허우밍, 사오쯔깡 연구원, 미국 뉴욕주립대 우깡 교수 공동 연구팀은 바이오닉(bionic) 구조를 보유하고 있는 저-백금 나노 섬유 전극을 개발, 해당 전극은 연료전지의 물 관리 능력과 전극 안정성을 향상 

● 양성자 교환막 연료전지는 에너지 전환 효율이 높고, 저온에서의 작동 속도가 신속하고, 환경 친화적인 장점을 보유하고 있어 청정에너지 기술 분야 연구 이슈로 부상

● 막전극은 연료전지의 핵심 부품으로서 화학 에너지-전기 에너지 전환이 가능하지만, 전통적인 막전극은 백금 사용량이 높고 안정성이 떨어지는 등 연료전지의 상업화 응용을 제한

● 연구팀은 바이오닉을 자체 지지(Self support) 방식의 나노트로프(nanotrough) 촉매층을 제조하고, 양성자 교환막 연료전지의 음극으로 사용

● 연구팀은 최초로 환경 스캐닝 렌즈를 통해 연료전지가 생성시키는 물이 나노트로프 전극과 전통 Pt/C 전극 속에서의 형성과 운송 과정을 온라인으로 관찰하여 식물과 유사한 배수 메커니즘을 보유하고 있다는 점을 입증하였으며, 나노트로프 전극은 우수한 물 관리 능력을 보유하고 있다는 점을 확인

● 해당 연구를 통해 백금의 앵이 42μg/cm2 수준에 도달할 때 나노트로프 전극의 음극 질량 대비 출력 밀도는 22.26W·mg/Pt 수준에 도달하여 전통적인 Pt/C 전극의 1.27배에 달한다는 점을 입증

● 저-백금 나노트로프 전극은 전통적인 Pt/C 전극이 직면한 나노 입자의 노화, 탄소 캐리어 부식과 중합체 이온 도체의 효력 상실, 촉매층 구조 붕괴 등 문제를 극복할 수 있는 것으로 확인  

※ Applied Catalysis B: Environmental 게재(2021.07.02), “Free-standing and Ionomer-free 3D Platinum Nanotrough Fiber Network Electrode for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”