[자연과학]ceria 를 이용한 연료전지 촉매특성 실험

소개글

전공시간에 한 발표자료 입니다.
fuel cell에 대한 연구로 촉매에 포커스를 두어 조사하였습니다.
백금 촉매와 세리아 촉매의 비교 분석이라고 생각하시면 되요

목차

서론

본론
실 험Ⅰ - Pt촉매을 이용한 전극의 특성분석
결 과Ⅰ - Pt/C, Pt-Ru/C 의 전기화학적 특성

실 험Ⅱ - CuO-CeO2촉매의 활성
결 과Ⅱ - CuO-CeO2촉매의 활성

실 험Ⅲ - Ni-YSZ-CeO2촉매활성도
결 과Ⅲ - Ni-YSZ-CeO2촉매활성도
결론
참 고 문 헌

본문내용

서 론
연료전지를 위한 수소생산이 본격적으로 연구화 되면서, 현재 국내에는 연간 약 38.9만 톤 정도가 생산되어 자기 소비용으로 사용되고 있으며, 이주 1.7만 톤 정도가 실린더, 카트리지의 형태로 시중에 유통되고 있다. 국내에는 유통량 기준 약 300억 원, 총량기준 6천억 원의 수소시장이 있는 것으로 추산되며, 산업용 수소의 세계시장은 240억 달러에 이른다고 한다.
현재 수소 생산의 가장 큰 부분을 차지하고 있는 것이 천연가스로부터의 개질이다. 이 기술이 가장 경제적이며, 상업화되어있다. 천연가스가 아니어도 메탄올, 액화석유가스 , 폐기가스에 이르기까지 여러 종류의 연료에 적용될 수 있다. 이들 연료전지 장치는 작고, 소음이 없으며, 청결하기 때문에 도시의 발전소를 대체시킬 수 있는 이상적인 장치로서 현존하고 있는 발전소에서는 대기오염을 없애는 청결한 작동을 위해 연료전지 장치 개발에 경쟁적으로 막대한 투자를 하고 있다.
연료전지는 윌리엄그로브 교수에 의해 1839년 발견되었다. 그는 백금을 입힌 백금전극을 묽은 황산용액에 담그어 전기분해 실험을 하였을 때, 물이 해리되어 수소와 산소가스가 발생되는 반응이 가역적임을 발견했다. 아래 그림을 참고하면, 수소와 산소가스는 쉽게 재결합하여 물을 생성하고 전류를 발생시킨다. 그는 전기분해 반응이 간단하고 깨끗하다는 것을 최초로 평가하였고, 많은 논문에 이점을 강조하여 언급했으며, 또한 실험목적을 위해 전지를 설계했다.
이 그림과 다음 장의 그림에서 알 수 있듯이, 여러 종류의 연료전지들은 이들 기준에 일치하도록 발달되어 왔다.
수소를 생성하는 과정에서 개질에서 생성된 수소혼합물에는 CO2, H2O, H2 외에도 0.5-2%의 CO를 포함한다. 미량의 CO는 고분자연료전지의 음극활성물질인 Pt에 강하게 흡착하여 전극의 활성을 떨어뜨리므로 이를 제거하기 위해 CO의 선택적 산화반응(preferential oxidation, PROX)을 사용한다. 이 반응은 CO 산화뿐 아니라 H2의 산화도 동시에 일어나므로 CO의 선택도가 중요하다. 주로 Pt, Ru, Rh, Au 등 고가의 귀금속을 담지시킨 촉매가 CO 선택적 산화반응에 개발되었으며 우수한 활성과 선택도를 보이고 있다
귀금속촉매를 사용하는 경우 선택도는 0.4-0.5이며, CO를 10ppm이하로 제거하기 위해 최소 이단계 이상의 산화반응기가 필요하다.
본 연구에서는 이와 달리 일반금속산화물 Ce, Cu만으로 구성된 CO 선택적 산화반응촉매를 개발하였다. 일반금속 산화물 촉매는 귀금속촉매를 사용하는 경우에 비해 촉매 제조원가가 매우 낮아 경제적이고 선택도 또한 0.7-0.8정도로 귀금속촉매에 비해 높으며 이는 CO제거 단계에서 산화되는 H2의 양을 줄일 수 있어 효율적이다.

참고 자료

* 연료전지의 세계적인 현황(백금전극 촉매의 중요성), 김명숙・박면용, 건국대학교 화학과
* CuO-CeO2촉매가 충진된 일단계 반응기에서 수소혼합물에 포함된 CO의 완전제거
* Catalytic activity of Ni±YSZ±CeO2 anode for the steam reforming of
methane in a direct internal-reforming solid oxide fuel cell
Nobuyoshi Nakagawa*, Hitoei Sagara, Kunio Kato
Department of Biological and Chemical Engineering, Gunma University, 1-5-1 Tenjin, Kiryu, Gunma 376-8515, Japan
* Study of Catalysts for Catalytic Burners for Fuel Cell Power Plant Reformers
Zinfer R. Ismagilov††, Mikhail A. Kerzhentsev, Vladimir A. Sazonov, Lidia T. Tsykoza, Nadezhda V. Shikina
* 귀금속촉매를 이용한 일산화탄소 산화반응에 관한 연구, 이원묵, 유홍진, 연세대학교 화학공학과
* CuO-CeO2촉매를 이용한 메탄올 수증기 개질 반응속도 및 반응 메커니즘 연구, 이진경 김동현, 경북대학교 화학공학과
* Catalytic Activity of Commercial Metal Catalysts on the Combustion of Low- concentration Methane (이 경 환*∙�박 재 현∙j송 광 섭1) 한국에너지기술연구원 화석에너지환경연구부, 1)에너지신소재연구부