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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정남기 박구곤
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수36
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전 세계적으로 기후변화 문제를 극복하기 위해 다양한 방안이 거론되고 있다. 그중에서도 최근에 연료전지 시스템이 가장 주목받고 있다. 특히 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 높은 에너지 밀도, 낮은 작동 온도, 소형화의 용이성 등의 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 상용화를 위해서는 여전히 문제점을 극복해야 하는데, 촉매에 사용되고 있는 백금의 비용과 내구성이 주된 문제이며 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
코어-쉘 구조의 촉매는 백금 사용량을 줄이면서도 활성과 내구성을 높이는 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 특히 팔라듐을 코어로 도입하여 PEMFC를 장기간 구동하였을 때, 이오노머와 고분자 막에 영향을 주지 않으면서 활성과 내구성이 우수하다고 알려져 있다. 하지만 스케일 업의 한계로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 일산화탄소 환원법을 통해 팔라듐 코어 물질을 스케일 업하여 합성하였다. 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매는 합성된 팔라듐 코어 물질을 이용하여 Cu-UPD 방법보다 스케일 업에 유리한 에탄올 산화법을 이용하여 합성하였다. 그 결과, 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매는 상용 백금 촉매 대비 3배 높은 활성과 2배 높은 내구성을 가졌다.
백금의 양을 절반 수준으로 줄이면서도 촉매 활성과 내구성이 향상되었다. 동시에 기존 합성법보다 쉽게 스케일 업할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 연구의 결과를 통해 PEMFC 보편화가 앞당겨질 수 있을 것으로 판단한다.
코어-쉘 구조의 촉매는 백금 사용량을 줄이면서도 활성과 내구성을 높이는 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 특히 팔라듐을 코어로 도입하여 PEMFC를 장기간 구동하였을 때, 이오노머와 고분자 막에 영향을 주지 않으면서 활성과 내구성이 우수하다고 알려져 있다. 하지만 스케일 업의 한계로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 일산화탄소 환원법을 통해 팔라듐 코어 물질을 스케일 업하여 합성하였다. 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매는 합성된 팔라듐 코어 물질을 이용하여 Cu-UPD 방법보다 스케일 업에 유리한 에탄올 산화법을 이용하여 합성하였다. 그 결과, 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매는 상용 백금 촉매 대비 3배 높은 활성과 2배 높은 내구성을 가졌다.
백금의 양을 절반 수준으로 줄이면서도 촉매 활성과 내구성이 향상되었다. 동시에 기존 합성법보다 쉽게 스케일 업할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 연구의 결과를 통해 PEMFC 보편화가 앞당겨질 수 있을 것으로 판단한다.
목차
1. 서론 12. 연료전지의 이해 42.1. 연료전지의 역사 및 종류 42.2. 연료전지의 구조 및 작동원리 72.3. 고분자 전해질 연료전지 촉매의 연구 동향 102.4. 코어-쉘 촉매의 이해 133. 이론적 배경 163.1. 일산화탄소 환원법 163.2. 에탄올 산화법 174. 실험 방법 194.1. 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매 제조 194.2. 촉매 특성화 214.3. 전극 촉매 전기화학 특성 평가 235. 결과 및 토의 255.1. 팔라듐 코어 물질 제조 255.2. 팔라듐 코어-백금 쉘 촉매 제조 325.3. 전기화학 특성 평가 356. 결론 44참고문헌 46초록 55
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