MEA CO₂ 물질전달 향상 (3상 GDL 계면)

막전극접합체(MEA) 설계는 기체 상태의 CO₂를 촉매가 코팅된 기체확산층(GDL)에 직접 공급함으로써 수용액 내 CO₂ 용해도의 상한선을 우회하며, 이를 통해 H-셀 CO₂RR을 제한하는 물질전달 병목 현상을 제거한다; paper_127의 공학적 성과 (see Jeong et al., J. Mater. Chem. A (2019), Figs. 8a–d).

병목 현상과 해결책

• 수용액 내 CO₂ 용해도 (~34 mM at 1 atm)로 인해 H-셀 CO₂RR의 전류 밀도는 대략 50 mA cm⁻² 수준으로 제한된다.
• MEA는 음이온 교환막과 맞닿는 촉매 코팅 GDL에 기체 CO₂를 공급함으로써, 촉매 표면에 3상(기체/액체/고체) 계면을 형성하여 물질전달 제한을 제거한다.
• Ni-SA-NC/GDL + Sustainion X37-50 AEM 조합에서 전류 밀도는 300 mA cm⁻² 를 초과하면서도 99% CO 패러데이 효율을 유지하며, 이는 동일한 촉매를 사용한 H-셀의 ~50 mA cm⁻² 상한선과 대비된다 (see Jeong et al., J. Mater. Chem. A (2019), Figs. 8a–d).
• CO₂RR의 경제성 확보를 위한 기술경제적 임계값은 200–400 mA cm⁻²이다 (paper_127의 ref. 74).

역할

faradaic-efficiency-CO를 향상시키고 (CO 전류 밀도를 99% FE 조건에서 ~50 mA cm⁻²에서 > 300 mA cm⁻²로 증가), Ni-SA-NC의 3D 다공성 구조와 시너지를 발휘한다.