조합화학법 기술을 이용하여 다양한 연료(메탄올, 에탄올, 이소프로판올)를 적용한 직접 알코올 연료전지의 전극 및 전극 촉매를 개발하고 알콜 crossover 현상 거동을 규명하여 직접 알코올 연료전지(DAFCs)의 성능 개선 및 ...
조합화학법 기술을 이용하여 다양한 연료(메탄올, 에탄올, 이소프로판올)를 적용한 직접 알코올 연료전지의 전극 및 전극 촉매를 개발하고 알콜 crossover 현상 거동을 규명하여 직접 알코올 연료전지(DAFCs)의 성능 개선 및 최적화 연구를 실시하였다.Nafion ionomer의 전극내 최적화를 위하여 Pt-Ru-Nafion 3상의 전극 촉매 집합체를 제조하였다. 제조되어진 전극 촉매 집합체에 조합화학 기법을 적용하여서 최적의 Pt-Ru-Nafion 조성[PtRu(1):Nafion = 63.6:36..4, wt%]을 확인하였다. Nafion ionomer를 전극내에 첨가함을 통해 CO가 Pt로부터 쉽게 탈착시키는 시너지 효과를 나타내어 연료전지의 성능을 증가시키는데 기여하였음을 확인 할 수 있었다.조합화학 기법을 통하여 연료전지 전극의 촉매로 사용되어지는 대표적인 금속인 Pt, Ru, Sn을 3상으로 혼합하여 각각의 알코올(메탄올, 에탄올, 이소프로판올)에 대한 최적 조성을 확인하는 실험을 실시하였다. 단위 전지 성능 측정 결과 메탄올을 연료로 사용하였을 경우에는 Ru가, 에탄올을 연료로 사용하였을 경우에는 Sn이 더 효과적인 합금촉매임을 확인 할 수 있었다. 이소프로판올의 경우 Pt의 조성비가 낮아져도 연료전지의 성능이 계속해서 유지됨을 확인하였다.Anode와 Cathode, membrane이 알코올 crossover 현상에 미치는 각각의 영향을 평가하기 위하여 다양한 종류의 막전극 어셈블리를 제조하여 다양한 종류의 알코올을 적용한 crossover rate 측정 실험을 실시하였다. 그 결과 알코올 분자의 체인 길이가 길어질수록 crossover rate가 감소함을 확인 할 수 있었으며, crossover rate를 감소시키는데 영향을 미치는 각각의 인자들(Anode 자체의 물리적 장벽효과, Anode의 알코올 산화 효과, membrane, Cathode 자체의 물리적 장벽효과, Cathode의 알코올 산화 효과)를 구하여 그 영향정도를 평가하였다. 이 결과를 통하여 직접 알코올 연료전지의 성능을 향상시키고 crossover rate를 감소시키기 위해서는 Anode의 성능향상이 필수적임을 확인할 수 있었다. Anode의 성능을 향상시킴을 통하여 이 직접 알코올 연료전지의 crossover현상에 미치는 영향을 평가한 결과 Anode의 활성이 높을수록 crossover rate가 감소하였으며 단위전지의 성능이 증가함을 확인 할 수 있었다.직접 알코올 연료전지의 성능을 디자인 하고 제어하기 위한 한 방법으로 알코올을 혼합(메탄올+이소프로판올)하여 연료로 주입하는 실험을 실시하였다. 그 결과 연료전지의 성능을 효과적으로 제어 할 수 있었으며, 저온에서 운전을 실시할 경우 혼합 알코올을 연료로 사용할 때 성능이 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이 결과를 저온형 이동 전원용 연료전지의 개발에 응용할 경우 연료전지 성능향상에 많은 도움이 되리라고 예상한다.
조합화학법 기술을 이용하여 다양한 연료(메탄올, 에탄올, 이소프로판올)를 적용한 직접 알코올 연료전지의 전극 및 전극 촉매를 개발하고 알콜 crossover 현상 거동을 규명하여 직접 알코올 연료전지(DAFCs)의 성능 개선 및 최적화 연구를 실시하였다.Nafion ionomer의 전극내 최적화를 위하여 Pt-Ru-Nafion 3상의 전극 촉매 집합체를 제조하였다. 제조되어진 전극 촉매 집합체에 조합화학 기법을 적용하여서 최적의 Pt-Ru-Nafion 조성[PtRu(1):Nafion = 63.6:36..4, wt%]을 확인하였다. Nafion ionomer를 전극내에 첨가함을 통해 CO가 Pt로부터 쉽게 탈착시키는 시너지 효과를 나타내어 연료전지의 성능을 증가시키는데 기여하였음을 확인 할 수 있었다.조합화학 기법을 통하여 연료전지 전극의 촉매로 사용되어지는 대표적인 금속인 Pt, Ru, Sn을 3상으로 혼합하여 각각의 알코올(메탄올, 에탄올, 이소프로판올)에 대한 최적 조성을 확인하는 실험을 실시하였다. 단위 전지 성능 측정 결과 메탄올을 연료로 사용하였을 경우에는 Ru가, 에탄올을 연료로 사용하였을 경우에는 Sn이 더 효과적인 합금촉매임을 확인 할 수 있었다. 이소프로판올의 경우 Pt의 조성비가 낮아져도 연료전지의 성능이 계속해서 유지됨을 확인하였다.Anode와 Cathode, membrane이 알코올 crossover 현상에 미치는 각각의 영향을 평가하기 위하여 다양한 종류의 막전극 어셈블리를 제조하여 다양한 종류의 알코올을 적용한 crossover rate 측정 실험을 실시하였다. 그 결과 알코올 분자의 체인 길이가 길어질수록 crossover rate가 감소함을 확인 할 수 있었으며, crossover rate를 감소시키는데 영향을 미치는 각각의 인자들(Anode 자체의 물리적 장벽효과, Anode의 알코올 산화 효과, membrane, Cathode 자체의 물리적 장벽효과, Cathode의 알코올 산화 효과)를 구하여 그 영향정도를 평가하였다. 이 결과를 통하여 직접 알코올 연료전지의 성능을 향상시키고 crossover rate를 감소시키기 위해서는 Anode의 성능향상이 필수적임을 확인할 수 있었다. Anode의 성능을 향상시킴을 통하여 이 직접 알코올 연료전지의 crossover현상에 미치는 영향을 평가한 결과 Anode의 활성이 높을수록 crossover rate가 감소하였으며 단위전지의 성능이 증가함을 확인 할 수 있었다.직접 알코올 연료전지의 성능을 디자인 하고 제어하기 위한 한 방법으로 알코올을 혼합(메탄올+이소프로판올)하여 연료로 주입하는 실험을 실시하였다. 그 결과 연료전지의 성능을 효과적으로 제어 할 수 있었으며, 저온에서 운전을 실시할 경우 혼합 알코올을 연료로 사용할 때 성능이 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이 결과를 저온형 이동 전원용 연료전지의 개발에 응용할 경우 연료전지 성능향상에 많은 도움이 되리라고 예상한다.
Direct alcohol fuel cell system was developed and optimized by introducing the combinatorial electrochemistry, and the crossover behavior was evaluated using various alcohol(methanol, ethanol and 2-propanol). The influence of the Nafion ionomer in the platinum-ruthenium (Pt-Ru) metal alloy on the me...
Direct alcohol fuel cell system was developed and optimized by introducing the combinatorial electrochemistry, and the crossover behavior was evaluated using various alcohol(methanol, ethanol and 2-propanol). The influence of the Nafion ionomer in the platinum-ruthenium (Pt-Ru) metal alloy on the methanol electro-oxidation was evaluated for the effective methanol electro-oxidation on the anode. The most active composition of Pt-Ru-Nafion electrocatalyst on the methanol electro-oxidation was [PtRu(11):Nafion = 63.6:36.4, wt.%]. By adding Nafion, the initial methanol electro-oxidation potential of the Pt-Ru alloy was decreased. Nafion ionomer was proved as an effective co-catalyst for the CO desorption from Pt-Ru catalysts during the methanol electro-oxidation. These observations suggest a synergistic effect of methanol electro-oxidation on Nafion-active metal (Pt-Ru) catalysts.Here I also applied the combinatorial chemistry to develop anode electrocatalysts(Pt-Ru-Sn system) structure. Four compositions of electrocatalyst[PtRuSn=820, 505, 271, 532] were chosen as candidate samples to evaluate the availability of combinatorial electrochemistry. It was found that the PtRuSn=820 anode catalyst shows best performance to methanol, PtRuSn=505 to ethanol and PtRuSn=271 to 2-propanol respectively in these four selected electrocatalysts composition. Single cell performance test indicate that Ru is more suitable for the direct methanol fuel cell system and Sn for the direct ethanol fuel cell system.The effect of anode, cathode, and membrane on the crossover rate of alcohols was evaluated by changing the membrane electrode assembly fabrication method and also the effect of various types of alcohols(methanol, ethanol, and 1-propanol) to the crossover rate behavior was tested. The crossover rate decreased when the molecular chain length of alcohol became long. I could also separate the physical blocking effect and alcohol oxidation effect on each electrode (anode, and cathode) on crossover behavior. To improve the cell performance of direct alcohol fuel cell, it is more important to reduce the crossover rate by enhancing the alcohol oxidation rate in anode.To enhance the single cell performance of direct alcohol fuel cell, mixed alcohol was fed to the direct alcohol fuel cell system, which contains carbon supported Pt-Ru-SnC electrocatalyst anode. Direct alcohol fuel cell performance could be designed and enhanced by changing the composition of liquid fuel(methanol+2-propanol). This result could be applied to the room temperature operated portable fuel cell system to overcome poor performance of DMFC and enhance the efficiency of fuel cell system.
Direct alcohol fuel cell system was developed and optimized by introducing the combinatorial electrochemistry, and the crossover behavior was evaluated using various alcohol(methanol, ethanol and 2-propanol). The influence of the Nafion ionomer in the platinum-ruthenium (Pt-Ru) metal alloy on the methanol electro-oxidation was evaluated for the effective methanol electro-oxidation on the anode. The most active composition of Pt-Ru-Nafion electrocatalyst on the methanol electro-oxidation was [PtRu(11):Nafion = 63.6:36.4, wt.%]. By adding Nafion, the initial methanol electro-oxidation potential of the Pt-Ru alloy was decreased. Nafion ionomer was proved as an effective co-catalyst for the CO desorption from Pt-Ru catalysts during the methanol electro-oxidation. These observations suggest a synergistic effect of methanol electro-oxidation on Nafion-active metal (Pt-Ru) catalysts.Here I also applied the combinatorial chemistry to develop anode electrocatalysts(Pt-Ru-Sn system) structure. Four compositions of electrocatalyst[PtRuSn=820, 505, 271, 532] were chosen as candidate samples to evaluate the availability of combinatorial electrochemistry. It was found that the PtRuSn=820 anode catalyst shows best performance to methanol, PtRuSn=505 to ethanol and PtRuSn=271 to 2-propanol respectively in these four selected electrocatalysts composition. Single cell performance test indicate that Ru is more suitable for the direct methanol fuel cell system and Sn for the direct ethanol fuel cell system.The effect of anode, cathode, and membrane on the crossover rate of alcohols was evaluated by changing the membrane electrode assembly fabrication method and also the effect of various types of alcohols(methanol, ethanol, and 1-propanol) to the crossover rate behavior was tested. The crossover rate decreased when the molecular chain length of alcohol became long. I could also separate the physical blocking effect and alcohol oxidation effect on each electrode (anode, and cathode) on crossover behavior. To improve the cell performance of direct alcohol fuel cell, it is more important to reduce the crossover rate by enhancing the alcohol oxidation rate in anode.To enhance the single cell performance of direct alcohol fuel cell, mixed alcohol was fed to the direct alcohol fuel cell system, which contains carbon supported Pt-Ru-SnC electrocatalyst anode. Direct alcohol fuel cell performance could be designed and enhanced by changing the composition of liquid fuel(methanol+2-propanol). This result could be applied to the room temperature operated portable fuel cell system to overcome poor performance of DMFC and enhance the efficiency of fuel cell system.
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