CCM이란? 양성자교환막 양면에 촉매층을 코팅하는 기술

CCM은 Catalyst Coated Membrane의 약자로, 촉매 코팅막을 의미합니다. 양성자교환막(PEM)의 양쪽 면에 연료극(양극)과 공기극(음극)의 촉매층을 직접 형성한 구조입니다. PEM 연료전지와 수전해용 막전극을 이해할 때 가장 먼저 알아야 할 구성 요소 중 하나입니다.

CCM은 어떤 층으로 구성될까?

중앙에는 수소 이온을 전달하는 고분자 전해질막이 놓이고, 그 양면에는 전기화학 반응을 촉진하는 촉매층이 배치됩니다. 촉매층은 일반적으로 백금 또는 백금계 촉매, 탄소 담체, 이오노머, 용매와 기공으로 이루어진 다공성 복합층입니다. 용도와 전극 반응에 따라 촉매 조성과 잉크 배합은 달라질 수 있습니다.

왜 촉매를 막에 직접 코팅할까?

막과 촉매층의 접촉을 정밀하게 형성하면 양성자 전달 경로와 반응 활성 영역을 효율적으로 설계할 수 있습니다. 양극에서는 수소 산화 반응이 일어나 양성자와 전자가 만들어지고, 양성자는 막을 통과합니다. 음극에서는 산소 환원 반응을 통해 물이 생성됩니다. 이때 촉매층의 두께, 조성, 기공 및 이오노머 분포가 반응물과 생성물의 이동에 영향을 줍니다.

CCM 코팅 공정의 핵심 관리 항목

균일한 도포와 막 보호

PEM은 얇고 수분 상태에 민감하므로 코팅 중 장력, 온도, 용매 및 건조 조건을 세심하게 관리해야 합니다. 도포 불균일, 주름, 핀홀, 막 변형이나 촉매 성분의 과도한 침투는 품질 편차로 이어질 수 있습니다.

잉크와 공정의 일관성

촉매 잉크의 고형분, 점도, 분산 상태 및 표면장력은 코팅 결과에 영향을 미칩니다. 장비 설정만으로 품질이 결정되는 것은 아니며, 기재 특성과 잉크 조성에 맞춘 공정 창을 실험으로 확립해야 합니다.

CCM에서 MEA로

CCM은 그 자체로 GDL을 포함하지 않습니다. CCM 양쪽에 기체확산층을 정렬하고 접합하면 일반적인 PEM 연료전지용 MEA 구성이 됩니다. 다만 수전해 전극 등 응용 분야에 따라 적층 방식은 달라질 수 있습니다.

촉매 잉크의 정밀 도포를 검토하는 제조사와 연구팀은 Cheersonic 제품 페이지에서 초음파 코팅 솔루션을 확인하고, 적용 소재에 맞춘 코팅 프로젝트 상담과 시편 테스트를 문의할 수 있습니다.