Electrochemical $CO_2$ reduction ($CO_2RR$), which is considered as promising technology to reduce atmospheric $CO_2$ concentration and store renewable energy, is suffer from mass transport problem of $CO_2$ and high cell resistance of conventional liquid phase reactor. Here we report a membrane electrode assembly $CO_2RR$ cell using gas diffusion electrode and anion exchange membrane (AEM) which provide suitable condition for the electrochemical $CO_2$ reduction reaction. $CO_2$ reduction activity of various metals (Pd, Ag, Zn, Cu, Sn, Ru, Pt, Ni) were observed. Among them, Pd, Ag showed high current density (200~ mA $cm^{-2}$ at -3.0 V) and faradaic efficiency (95~ %) toward $CO_2RR$, while system was operated at mild condition (30 °C, 1 atm) and showing low cell resistance ($< 0.150 m\omega$). Furthermore, carbon supported Pd catalyst was tested to maximize usage of precious metal and it showed higher current density, CO selectivity and stability over bare Pd black. Flow rate effect was also investigated in order to achieve highest $CO_2$ conversion.
전기화학적 이산화탄소 환원은 대기 중 이산화탄소 농도를 줄이고 신재생에너지를 저장하는데 유용한 방법으로 평가받고 있지만 기존 액체 전해조에서의 제한된 이산화탄소 공급, 높은 셀 저항 때문에 그 활용이 제한되고 있다. 이 논문에서는 기존 시스템의 문제를 해결하며 반응에 적절한 조건을 제공하는 음이온교환막과 가스확산층을 이용한 막전극접합체를 이용한 전기화학적 이산화탄소 환원에 대한 연구를 진행하였다. 다양한 금속 (Pd, Ag, Zn, Cu, sn, Ru, Pt, Ni)의 성능을 시험하였고 그 중 Pd, Ag의 경우 낮은 온도, 압력 조건(30 °C, 1 atm) 에서 높은 전류밀도 (200~ mA $cm^{-2}$ at -3.0 V), 패러데이 효율 (95~ %), 낮은 셀 저항을 보였다($< 0.150 m\omega$). 더 나아가 Pd사용량을 극대화하기 위해 탄소에 담지된 Pd촉매를 사용하여 반응을 진행하였고 그 결과 동일양의 Pd 금속만을 사용하였을 때보다 더 높은 전류밀도와 일산화탄소 선택도를 보였다. 더 나아가 반응물의 유량 조절에 따른 성능 변화도 측정되었다.
