촉매층 증착 방법론이 전극 성능에 미치는 영향

초록 음극의 촉매층은 일반적으로 저온 연료 전지 및 이산화탄소(CO₂) 전해 전지에서 가장 중요한 구성 요소라고 할 수 있으며, 그 성능은 일반적으로 느린 산소(O₂) 및 CO₂ 환원 동력학으로 제한됩니다. 개선된 활성과 안정성을 가진 음극 촉매 개발에 대한 상당한 노력이 있었지만, 촉매 활용도와 전체 전극 및 시스템 성능을 극대화하기 위한 촉매층 구조 공학에 대한 노력은 상대적으로 적었습니다. 여기에서는 세 가지 일반적인 촉매층 준비 방법인 손으로 칠하기, 에어브러싱, 스크린 프린팅에 따른 O₂ 환원 및 CO₂ 환원의 음극 성능을 연구합니다. 우리는 촉매층 구조를 시각화하기 위해 ex-situ X-선 미세 전산화 단층촬영(MicroCT)을 사용하고, 촉매 균일성을 정량화하기 위한 데이터 처리 절차를 설정했습니다. 구조 분석과 in-situ 전기화학적 특성 평가를 결합함으로써 촉매층 형태의 변화를 전극 성능과 직접 연관시킬 수 있습니다. MicroCT 및 SEM 분석 결과, 예상대로 더 균일한 촉매 분포와 적은 입자 응집이 더 나은 성능으로 이어지는 것으로 나타났습니다. 가장 중요한 것은 여기에서 보고된 분석을 통해 준비 방법에 따른 큰 기하학적 부피에서 관찰된 차이를 정량화하고 설명할 수 있다는 것입니다. 완전 자동화된 에어브러싱 방법으로 촉매층을 depositing했을 때 연료 전지 성능이 56% 향상되었고 전극 간 변동성이 크게 감소했습니다. 또한 CO₂ 환상을 위한 에어브러싱 촉매층은 부분 CO 전류 밀도가 3배 증가하고 비슷한 음극 전위에서 생성물 선택성이 향상되었으며(94% CO), 이전 보고에 비해 촉매 탑재량이 10배 감소했습니다.