Among fuel cells using hydrogen energy sources, especially polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs), are expected to a next generation energy source due to their low operating temperature, small sized unit and high efficiency. The catalyst layer in which the chemical reaction takes place determine the performance of the fuel cell. The performance of the cell can be increased when mass transfer occurs efficiently within the catalyst layer. In this study, a simple and rapid method by using emulsion template is used for fabrication of a porous structure to improve the mass transfer of fuel cell catalyst layer. To achieve this, hydrophobic particles such as catalyst particles and carbon nanofibers were dispersed in water phase, and mechanical strength was improved to prevent destruction of porous structure during drying process. As a result, a structure with higher electrochemical performance and porosity than the previous studies was fabricated by simple manufacturing process within several hours.
수소 에너지원을 사용하는 연료전지 중 고분자 전해질 연료전지는 낮은 구동 온도와 소형화, 높은 효율로 인해 차세대 에너지 원으로 주목받고 있다. 연료전지 안에서도 화학반응이 일어나는 촉매 층은 전지의 성능을 결정하는 역할을 하며, 촉매 층 내에서 물질 이동이 원활하게 일어날 때 전지의 성능은 최적화 될 수 있다. 본 연구에서는 연료전지 촉매 층에서의 물질 이동이 빠르게 일어날 수 있는 고 다공성 구조를 에멀젼 템플릿을 사용하여 보다 간단하고 빠르게 제작하는 방법에 대해 연구하였다. 이를 위해 촉매 입자와 탄소 나노 섬유 등의 소수성 입자들을 수상에 분산시키고, 건조 과정 중의 다공성 구조의 파괴를 예방하기 위한 기계적 강도의 개선에 성공하였다. 그 결과 수 시간 이내의 단순한 제작과정으로 기존 연구보다 높은 전기화학적 성능과 기공도를 가지는 구조를 제작하였다.
