산소 환원 반응용 Ni-doped Mn2O3 전극촉매의 합성 및 평가

초록

고분자 전해질 연료 전지 (PEMFC)는 미래의 친환경 신재생 에너지를 위한 지속가능한 기술로써 주목받고 있다. 산소극에서의 산소 환원 반응은 4전자가 참여하는 반응으로 PEMFC의 성능을 결정하는 핵심반응이며 촉매가 필수적이다. 주로 백금 기반의 귀금속 촉매가 사용되고 있지만 높은 단가와 낮은 내구성 때문에 PEMFC의 광범위한 상용화를 저해한다는 단점을 가지고 있다. PEMFC의 기술 발전을 위해서 저비용, 높은 안정성의 산소 환원 반응용 전극촉매를 개발하는 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 침전과정을 통해 45 ℃, 9시간동안 Ni, Mn precursor를 합성시킨 후 600 ℃, Air 분위기에서 5시간동안 열처리하여 Ni doped Mn2O3를 합성하였다. 또한 합성과정에서 pH의 조절을 통하여 입자의 크기가 최적화되었다. SEM, TEM을 통해 morphology를 확인해 본 결과 균일한 microsphere 형태의 촉매가 합성되었으며 XRD, XPS를 통해 결정성 및 조성, 산화가를 확인해 본 결과 성공적으로 Ni 이 도핑되었음을 확인하였다. 또한 LSV, CA 등을 통해 전기화학적 활성 분석을 진행하여 과전압이 335 mV으로 매우 낮고 30시간 이상 안정적으로 활성을 유지한다는 것을 확인하였다.