연료전지의 촉매 ppt자료

소개

이 자료는 연료전지에 사용되는 촉매에 관한 ppt자료로서 촉매의 종류 및 연료전지에서의 촉매의 역할과 종류를 기술하였다.

목차

연료전지란?
연료전지에서 촉매의 조건
촉매의 종류
촉매의 반응과정
촉매 제조방법
촉매의 미래

본문내용

연료전지란?
원료 물질이 가진 화학에너지를 기계적인 에너지로 변환하지 않고 직접 전기에너지로 변환시키는 장치
연료로 순수 수소나 천연가스 또는 석유를 개질하여 생산된 수소 혹은 메탄올을 사용하며, 100˚C 이하에서 반응이 진행됨으로 인해 고온에서 작동되는 연료전지와 달리 반응의 속도를 높이기 위해 촉매를 사용
종류로는 PEMFC와 DMFC, DEMFC등이 있는데, 이 중 PEMFC와 DMFC가 많이 활용
연료전지에서 촉매의 조건
현재는 촉매 재료로 백금이 가장 많이 사용되고 있음
촉매의 종류
백금촉매 (Pt Catalyst)
PEMFC의 경우 cathode 촉매로 백금이 널리 이용되고 있으며, 현재 사용되고 있는 백금 촉매는 카본 담지체에 나노크기의 백금입자가 분산된 형태로 제조된다.
백금합금촉매 (Pt Alloy Catalyst)
백금 단일 촉매보다 1.2~3.8배의 성능향상이 있고, 가장 중요한 문제점인 촉매재료의 부식에 따른 안정성인데 Cr과 Ti경우는 촉매의 부식현상이 일어나지 않았다.
백금의 높은 가격과 산소환원반응에 의한 상대적으로 높은 과전압으로 인해 등장했지만, 산성용액에서의 상대적으로 낮은 성능과 안정성의 문제가 있었다. 하지만 최근에 성능이 상당히 향상된 Fe-화합물에 대한 보고가 있었다
비백금촉매 (Pt-free Catalyst)
촉매의 반응과정
수소 산화반응
주요 메커니즘
백금표면에서 수소의 전기화학적 산화반응은 수소분자의 흡착과 분리과정을 거쳐 흡착된 수소원자의 탈착으로 이루어짐
수소 산화반응에 대한 백금의 높은 촉매활성으로 인해, 히 작은 백금으로 충분한 성능을 보여줄 수 있음
촉매의 반응과정
산소 환원반응
주요 메커니즘 2가지
과정 1(직접 4전자과정) : 귀금속(Pt,Pd,Ag)와 금속산화물에서 일어남
과정 2(산화과정) : 사용되는 전극이 흑연, 대부분의 카본, 금, 수은,
표면이 산화층으로 덮힌 금속(Ni,Co), 대부분의
전이금속(Nio, Spinels)일 경우 잘 일어남
촉매의 반응과정
산소 환원반응
산소 환원과정에서 산소와 전극표면의 활성 면과의
상호작용이 중요함
소위 활성점(Active Site)이라 불리는 면은 전극의 다른
표면과 달리 높은 활성을 가짐
★ Yeager의 제안 ★
산소와 전극 촉매의 표면과의 흡착에 관한 세가지 상호 작용모델을 제안했다.
Pathway Ⅰ : Thiospinels, Li-doped NiO
Pathway Ⅱ : 대부분의 전이금속, 카본, 흑연
Pathway Ⅲ : 전이금속, 백금
촉매의 반응과정
산소 환원반응
산소와 전극촉매 표면과의 상호작용 모델
촉매의 반응과정
일산화탄소 내피독성
화학적인 정제과정을 거친 후에도 개질 수소는 소량의 일산화탄소를 함유하게 되고 PEMFC 운전온도에서 일산화탄소는 촉매인 백금표면에 강한 흡착을 일으켜 촉매 활성을 감소시킴
다양한 촉매에서 일산화탄소의 내피독성 결과
촉 매
성 능
PtSn/C
Pt/C보다 낮은 onset 전위와 높은 활성
PdAu/C
PtRu/C 보다 내피독성 향상
PtRuM/C (M=Mo, Nb, Ta)
PtRuMo/C는 PtRu/C보다 높은 활성을 보임
PtMo/C
Pt/C보다 낮은 과전압
PtRu-HxMeO3/C (Me=Mo, W)
PtRu/C보다 높은 전지성능
PtRu/CNT
PtRu/C와 유사한 성능

참고자료

· 참고자료 : 고분자 전해질 연료전지와 직접메탄올 연료전지를 위한 촉매소재
· 심중표 교수 (군산대), 이홍기 교수(우석대)/2007년 4월
· 사진참조 : 네이버 이미지