To commercialize the polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE), it is necessary to reduce the amount of expensive novel metal catalysts. Thus, a study on the utilization of the catalyst layer (CL) is required. Currently, the utilization of the CL was described only as of the location where bubbles are generated, and bubbles were generated only at the interface between the porous transport layer (PTL) and the CL. However, this method is different from the actual system and cannot explain that the non-PTL-contact part is not used completely or is used less. Therefore, in this study, the area in which the actual reaction can occur was visualized by reducing the iridium oxide by an electrochemical method. After reducing the CL using the cyclic voltammetry (CV) method, it was confirmed that the non-PTL-contact part is partially reduced through energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) elemental analysis, and the utilization of the CL was different depending on the catalyst loading and the location of the rib and channel confirmed. Also, by observing the change of the CL in a humidified environment, it was shown that cracks that did not appear in the dried state appeared in the CL in a humidified environment. For this reason, it was difficult to use the non-PTL-contact part in an actual cell driving condition.
고분자 전해질 막 수전해의 상용화를 위해서는 비싼 가격의 귀금속 촉매 사용량을 줄일 필요가 있으며 이를 위해서는 먼저 촉매층의 활용도에 대한 연구가 필요하다. 현재 촉매층의 활용도는 기포가 생성되는 위치로만 설명을 하고 있으며 기포는 다공성 확산층과 촉매층이 맞닿는 계면에서만 생성된다. 하지만 이러한 방법은 실제 구조와는 다르며 다공성 확산층과 촉매층이 닿지 않는 부분이 완전히 사용되지 않는 것인지 덜 사용되는 것인지를 설명하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 현재 촉매로 사용되고 있는 이리듐 옥사이드를 전기화학적인 방법으로 환원시킴을 통하여 실제 반응이 일어날 수 있는 영역을 시각화 하였다. 순환전류법을 이용하여 촉매층을 환원시킨 뒤 EDS 원소 분석을 통해 다공성 확산층과 촉매층이 맞닿지 않는 부분 역시 일부분 환원이 되는 것을 확인했으며 또한 촉매의 로딩양과 립과 채널의 위치에 따라 촉매층의 활용도가 다름을 확인하였다. 또한 가습 환경에서 촉매층의 변화를 관찰하여 건조된 상태에서는 나타나지 않았던 균열이 가습환경에서 촉매층에 나타나는 것을 보였다. 이로 인해 촉매층이 확산층과 닿지 않는 부분은 실제 구동 환경에서 사용이 어려움을 보여준다.
