Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is a promising energy conversion device which could replace conventional power generation system using fossil fuels. The critical issue to overcome for commercialization of fuel cell electric vehicle (FCEV) is stability of Pt/C catalyst at high potential. The corrosion of carbon support at high potential leads detachment platinum nanoparticles from carbon supports and the cell performance decreases. To prevent carbon corrosion, we report highly durable PtIr alloy catalysts for cathode in PEMFC. The PtIr/C catalyst oxidizes water in PEMFC into oxygen, so carbon corrosion is not corroded. We synthesized $Pt_xIr_y/C$ catalysts with various ration of Pt and Ir, and measured oxygen reduction reaction (ORR) activity and oxygen evolution reaction (OER) activity to find the optimal composition of Pt and Ir. We also conducted the accelerated degradation test (ADT) from 1.0 V to 1.5 V to verify the carbon corrosion resistance of catalysts. The ORR activity of the commercial Pt/C decreased from 0.12 $A/mg_{Pt}$ to 0.017 $A/mg_{Pt}$ which is about 86 % of decrease. However, the ORR activity of synthesized $Pt_{85}Ir_{15}/C$ catalyst increased from 0.029 $A/mg_{PGM}$ to 0.071 $A/mg_{PGM}$ which is about 145 % increase after 5,000 durability cycles. In addition, a membrane electrode assembly (MEA) was fabricated to demonstrate the feasibility of commercializing PtIr/C catalyst in practical applications. The $Pt_{85}Ir_{15}/C$ catalyst also showed higher stability than the commercial Pt/C in single-cell system. This results showed that PtIr/C catalysts could be utilized as a catalyst for highly durable FCEVs.
고분자 전해질 연료전지를 동력원으로 사용하는 연료전지 자동차의 상용화를 위해서는 연료전지의 내구성이 향상되어야 한다. 본 연구에서는, 연료전지 자동차의 시동-정지 시에 발생하는 비정상적인 고전압에서의 탄소 열화를 막기 위해 백금-이리듐 합금 촉매를 개발하였다. 고전압 환경을 모사한 1.0 ~ 1.5 V 의 사이클링을 통해 내구성 테스트를 진행한 결과, 상용 백금 촉매의 경우 5,000 사이클후에 산소환원반응 활성이 초기값의 약 14 % 로 감소하였지만, 본 연구에서 합성한 백금-이리듐 합금 촉매는 5,000 사이클후의 산소환원반응 활성이 초기값의 145 % 로 증가하였다. 또한, 단위전지에서도 백금-이리듐 합금 촉매가 상용 백금 촉매보다 향상된 고전압 내구성을 가짐을 보였다. 본 학위논문에서는 백금-이리듐 합금 촉매의 여러 전기화학적 특성에 대해 고찰하는데, 반 전지 활성 평가, 화학적 조성 분석 및 단위전지성능 평가 등을 이용해 백금-이리듐 합금 촉매가 내구성 향상에 미치는 영향에 대해 확인하고자 한다.
