대기압 Plasma 방법으로 제조한 PtRu/C촉매의 직접 메탄올 연료전지 성능 특성
Electrochemical Performance of Direct Methanol Fuel Cell Utilizing PtRu/C Catalyst Prepared by Atmospheric Pressure Plasma Method
- 주제(키워드) 직접 메탄올 연료전지 , 대기압 플라즈마 환원법 , Pt , Ru , PtRu
- 주제(KDC) 430
- 주제(DDC) 540
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이웅무
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)는 휴대용으로 사용할 수 있는 소형 전원용으로 주로 개발 되고 있으며, 장시간 사용이 가능하고 재충전 시간이 필요 없기 때문에 휴대용 전화기, 노트북등의 전원으로 사용이 가능하다. 그러나 직접 메탄올 연료전지가 앞으로 상용화되기 위해서 해결되어야 할 문제점중의 하나는 저가의 고성능 촉매 개발 및 장시간 사용에서의 안정성을 확보하는 것 들이 있다. 본 연구의 목적은 직접 메탄올 연료전지에 사용되는 촉매를 제조함에 있어 제조공정을 단순화 하는데 있다. 대기압 플라즈마를 사용함에 따라 기존의 촉매 제조 공정인 impregnation방법이나 colloidall법이나 microemulsion법 보다 제조 공정이 단순화 되고 또한 plasma의 빠른 반응성에 의하여 짧은 시간에 촉매를 제조할 수 있다. 촉매의 선구체인 H₂PtCl_(6)·6H₂O, RuCl₃·3H₂O를, 물+ethylene glycol, ethylene glycol에 각각 녹인 용액의 표면에서 H₂/He 플라즈마를 생성시키고 선구체가 환원되며 PtRu 나노 입자가 빠르게 생성된다. 생성된 나노 입자는 선구물질과 함께 첨가된 Vulcun carbon의 표면에 흡착되므로 단일단계 반응으로 기존의 촉매 제조 방법에 비하여 매우 간단한 공정을 가지는 것을 특징으로 한다. 촉매의 특성은 XRD(X-ray diffraction), EDX(Energy dispersive X-ray spectroscopy), TGA(Thermogravimetric analysis) 등을 이용하여 분석 하였고, 전기화학적인 특성을 확인하기 위하여 DMFC(Direct Methanol Fuel Cell), CV(Cyclic Voltammetry)를 이용하였다. 분석 결과 PtRu/C 촉매의 제조에 있어서 가장 중요한 요인은 선구체가 녹아있는 용매의 종류임을 실험적으로 확인하였고 ethylene glycol/water(1:1), ethylene glycol을 용매로 사용하여 수소플라즈마 환원방법으로 제조된 촉매만이 최소의 연료전지 성능을 보여주었다.
more초록/요약
DMFC, usableforalongtimewithoutrecharge, hasbeendeveloped asapowersourceforsmallelectronicdevices. Butforthefuelcelltobe usedinactualdevicesmanytechnicalproblemsshouldbesolved.Technical problems to be solved include developmentofsimple process forcatalyst preparationandensuingdurabilityofthecatalyst. The objective ofthis study is to develop the method forcatalyst preparation basedon theatmosphericpressureplasma, becausethereaction canbefaster,theprecesscanbesimplerthantheexistingmethodssuchas impregnation,colloidalor microemulsion method.In the one-step reaction the nanoparticles generated by the plasm method are adsorbed on the surfaceofVulcancarbons. To analyze the prepared catalyst XRD(X-ray diffraction), EDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy) and TGA(Thermogravimetric analysis) were used and CV(Cyclic Voltammertry) and DMFC(Direct MethanolFuelCell) polarization curves were measured to evaluate the electrochemicalperformanceofsuchpreparedparticles. From this study itwas found thatselection ofthe propersolvent was importantfactor than the precursor concentration.DMFC performed wellwhen thesolventwasamixtureofethyleneglycolandH₂O with 1:1 ratio.
more목차
제 1 장 서론 = 1
1-1 연구목적 및 필요성 = 1
제 2 장 연구 배경 및 내용 = 4
2-1 직접 메탄올 연료전지의 발전 원리 = 4
(1) 연료극(Anode)의 전극 특성 = 6
2-2 직접 메탄올 연료전지의 구성 요소 = 9
(1) 전극 = 9
(2) 고분자 전해질 = 11
2-3 일반적인 PtRu 또는 PtRu/C 촉매 만드는 방법 = 12
2-4 연구내용 = 18
제 3 장 방전조건 및 실험방법 = 20
3-1 대기압 플라즈마 환원법의 방전조건 = 20
3-2 대기압 플라즈마 방법을 이용한 촉매 제조 실험 방법 = 21
(1) Pt(Platinum)의 제조 = 23
(2) Ru(Ruthenium)의 제조 = 23
(3) PtRu의 제조 = 23
(4) PtRu/C의 제조 = 24
3-3 대기압 플라즈마 방법을 이용한 촉매 제조 실험장치 = 26
(1) 대기압 플라즈마 반응기 제작 = 26
(2) 대기압 플라즈마 반응기 전극제작 = 27
3-4 고분자 전해질의 전처리 = 29
3-5 전극의 제조 = 30
3-6 전극/전해질 에셈블리의 제작 = 30
3-7 직접메탄올 연료전지의 운전조건 = 31
3-8 직접메탄올 연료전지의 성능 측정 = 32
3-9 순환전압전류법(Cyclic Voltammogram)에 의한 측정 = 33
3-10 열분석 측정(Thermogravimetric analysis : TGA) = 33
3-11 EDX(Energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 = 34
3-12 XRD(X-Ray Diffraction) 측정 = 34
3-13 대기압 수소플라즈마 환원법의 응용 = 34
제 4 장 결과 및 고찰 = 35
4-1 Pt(Platinum)의 제조 = 35
4-2 Ru(Ruthenium)의 제조 = 42
4-3 PtRu의 제조 = 45
4-4 PtRu/C의 제조 = 48
(1) 용매를 변화시켜 제조한 PtRu/C의 XRD패턴 분석 = 49
(2) 용매를 변화시켜 제조한 PtRu/C의 EDX와 TGA분석 = 52
(3) 용매를 변화시켜 제조한 PtRu/C의 CV와 DMFC 성능측정 = 57
4-5 대기압 수소플라즈마 환원방법의 응용 = 64
제 5 장 결론 및 향후 과제 = 66
참고문헌 = 68
Abstract = 72
