최근 중국과학원 상하이 선진 연구원(이하 '상하이 선진 연구원')의 그린 수소 및 고성능 에너지 저장 연구팀은 저이리듐 막 전극 연구에서 중대한 돌파구를 마련하여 PEMWE의 저이리듐 응용을 위한 새로운 방향을 제시했습니다.
연구팀은 '원추 배열 + 초박막 Pt 층 + Pt 나노플라워'의 다층 구조 설계 개념을 제안하고, 나노임프린트 리소그래피, 이온 스퍼터링, 인시투 성장이라는 세 가지 공정을 통해 막 전극을 정밀하게 구축했습니다. 이 접근법은 기존 막 전극(MEA)의 두 가지 핵심 과제인 제한된 전도성과 물질 전달을 동시에 해결합니다. 그중 초박막 Pt 층은 이중 기능을 수행하는데, 한편으로는 면내 전도성을 12.3배 향상시키고, 다른 한편으로는 핵생성 자리로 작용하여 Pt 나노플라워의 성장을 유도함으로써 구조와 성능의 시너지 최적화를 달성합니다.
실험 데이터에 따르면 이 다층 구조 막 전극은 초저이리듐 담지(0.096 mg cm⁻²) 조건에서 높은 성능을 달성하여 기존 MEA 대비 이리듐을 95% 이상 절감합니다. 또한 전류 밀도 2.0 A cm⁻²에서 셀 전압이 1.758V에 불과하여, 고이리듐 담지(2 mg cm⁻²) 기존 MEA의 1.797V보다 우수한 성능을 보입니다.
이 연구 성과는 《Advanced Functional Materials》에 "초저이리듐 담지 PEM 수전해를 위한 습윤성 제어 및 고전도성을 갖춘 계층적 Pt/IrO2 구조 엔지니어링"이라는 제목으로 게재되었습니다. 논문의 제1저자는 상하이과학기술대학과 상하이 선진 연구원이 공동 양성한 둥수 박사이며, 왕궈량 부연구원과 양후이 연구원이 교신저자입니다. 이 연구는 국가 중점 R&D 계획, 국가 자연 과학 기금, 중국과학원 전략 선도 과학 기술 특별 프로젝트, 중국과학원 청년 혁신 촉진회 등의 지원을 받았습니다.
