수소 산소 등의 반응 물질, 전해질, 전극이 동시에 만나는 접점을 삼상계면이라 한다.
전극 반응도 이 부분에서 이루어진다.
반응 물질은 전극내의 미세한 구멍을 통해 삼상계면에 도달한 후 삼상계면에 있는
촉매에 흡착되어 활성화 된다. 따라서 유효한 삼상계면의 면적을 늘리고 촉매를
삼상계면에 적절하게 분포시키는 것이 중요하다.
활성화 분극의 크기는 촉매를 사용함으로써 줄일 수 있는데 이를 촉매 작용이라 하며
그 재료를 전극 촉매라 한다.
수소나 산소의 산화/환원반응은 저온에서 촉매 작용의 영향을 크게 받는다.
내구성이 우수한 전극 촉매로써 백금이 주로 사용되고 있으며 동작 온도가 낮은 고체
고분자형 연료전지에서는 백금 합금이 전극 촉매로 주로 사용된다.
전기 반응은 삼상계면 근방에 위치한 촉매의 표면에서 일어나기 때문에 촉매의
표면적이 크면 클수록 활성화 분극은 더욱 더 작아질 수 있다.
일반적으로 백금을 미세한 입자상태로 만들어 표면적을 크게 해 준다.
하지만 개질가스에 포함되어 있는 CO등의 영향으로 백금 피독 현상이 발생하며 이로
인한 성능저하를 줄이기 위한 대책연구도 진행 중이다.
전해질 저항이 저항분극의 대부분을 차지하고 있기 때문에 높은 이온 전도도를 보이는 전해질막의 개발이 필요하다.
전해질 속의 이온 이동을 이온 전도율(S/cm)이라 하며 그 역수를 비저항(Specific Resistance, Ωcm)이라 한다.
고체고분자막에서 수소 이온의 이동은 물 분자를 필요로 하고 수소 이온의 이동과 함께 물 분자도 연료극에서 공기극으로 함께 이동하기
때문에 연료극에서 수분이 감소하고 이온전도도가 저하하는 현상이 발생한다.
반응 과정 중에 과도한 수분이 존재하게 되면 물 분자가 다공질 전극을 가로막아 확산을 방해하여 성능이 저하된다. 따라서 전해질막 내부
수분의 관리가 필요하다. 최근에는 시스템 개별화나 에너지 효율의 관점에서 전해질막 또는 전극의 개량 등을 통해 무 가습 방식 개발이 진행
되고 있으며 100℃ 이상의 고온에서 사용 가능한 전해질막의 개발도 진행 중이다.
