선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 나피온 막의 기계적 강도를 개선하기 위해서 나피온 막을 용매에 용해시키는 대신에 고상의 필름 형태를 유지하면서 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 코발트(Co) 등의 금속 나노 입자를 함침시킬 수 있는 건식법에 대해서 연구하였다11,12). 먼저 승화성 금속 전구체가 나피온 필름 내에 침투하여 흡착된 후, 고온 조건에서 나피온 사슬의 친핵성기에 의해 자발 적으로 환원 반응이 일어나서 금속 나노 입자가 형성되는 현상을 이용하였다.
제안 방법
- Pd 나노 입자가 나피온 막의 기계적 강도에 미치는 영향을 확인하기 위해서 Pd(acac)2 노출 시간에 따른 인장특성을 평가하였고, 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. Pd(acac)2 노출 시간이 증가함에 따라, 즉 Pd 나노 입자 도입량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하고 신율은 약간 감소하는 것을 볼 수 있으며, Pd 나노 입자가 나피온 사슬의 운동성을 제약하기 때문이다.
- Pd 나노 입자가 도입된 나피온 복합막의 인장강도는 만능 시험기(SHM-C-500, Shamhan Tech, 한국)을 사용하여 10 mm/min의 crosshead 속도로 측정하였다. 측정온도는 25°C이고, 상대습도는 50%이었다.
- Pd 나노촉매가 도입된 나피온 복합막의 I-V 특성을 평가하기 위해서 활성 면적은 5×5 cm2인 단전지를 사용하여 Open Circuit Voltage (OCV)부터 0.4 V까지 0.05 V 간격으로 전압을 낮춘 후 다시 높이면서 전류 변화를 측정하였다.
- 건식법을 사용하여 Pd(acac)2의 승화, 흡착 및 자발적 환원 과정에 의해 나피온 필름에 Pd 나노 촉매가 도입된 전해질 복합막을 제조하였다.
- 나피온 막을 침투한 Pd 나노 입자의 형상 및 크기를 확인하기 위해 Pd/나피온 막을 에폭시 수지에 embedding 시켜서 경화시킨 후 동결 초박절편기를 사용하여 70~90 nm 두께로 횡단면 방향으로 절편하였고, 이것을 200 kV의 가속 전압에서 고분해 투과 전자현미경(HR-TEM, Hitachi S-4100)를 사용하여 관찰하였다.
- . 먼저 승화성 금속 전구체가 나피온 필름 내에 침투하여 흡착된 후, 고온 조건에서 나피온 사슬의 친핵성기에 의해 자발 적으로 환원 반응이 일어나서 금속 나노 입자가 형성되는 현상을 이용하였다.
- 측정 온도는 65°C이고, 산소 유속은 247~6600 sccm 범위에서 조절하고, 수소 유속은 산소 유속 대비 1.5배가 되도록 조절하였다.
대상 데이터
- GDE는 Fuel Cells Etc 사의 2 mg/cm² Platinum Black – Cloth 제품을 사용하였다.
- Palladium (II) bis(acetylacetonate), Pd(acac)2(금속 전구체)는 Johnson Matthey Materials Technology 사의 제품을 구입하였으며, 사용 전에 아세톤 중에서 재결정하여 사용하였다. 고분자 전해질 막은 듀폰사의 Nafion 212를 사용하였다.
- (금속 전구체)는 Johnson Matthey Materials Technology 사의 제품을 구입하였으며, 사용 전에 아세톤 중에서 재결정하여 사용하였다. 고분자 전해질 막은 듀폰사의 Nafion 212를 사용하였다. 필름의 두께는 50.
- 기체 확산 전극 (gas diffusion electrode, GDE) 는 Fuel Cells Etc 사의 2 mg/cm² Platinum Black – Cloth 제품을 사용하였다.
이론/모형
- GDE는 Fuel Cells Etc 사의 2 mg/cm² Platinum Black – Cloth 제품을 사용하였다. 연료전지 테스트 스테이션은 Scribner Associates 사의 850e 모델을 사용하였고, 산소 유속은 247~ 6600 sccm 범위에서 조절하고, 수소 유속은 산소 유속 대비 1.5배가 되도록 조절하였다.
- 침투 깊이 및 분산 상태를 확인하기 위해서 전계 방사형 주사 전자현미경(FE-SEM, JMS-6701F, JEOL)과 같이 장착된 에너지 분산 X-선 분광분석기(EDS, JED-2300 Energy Dispersive X-ray Analyzer, JEOL)를 사용하였다. 이 때 가속 전압은 10 kV이었다.
성능/효과
- 1) 나피온 필름 표면으로부터 13.8 μm 깊이까지 구형의 Pd 나노입자가 생성되었으며, 나노 입자의 크기는 평균 2.7 nm이었다.
- 2) 나피온 필름 표면으로부터 깊이가 증가함에 따라 Pd 함침량이 감소하였다. 표면 영역에서 F와 Pd 의 비율은 1 : 0.
- 3) Pd 나노 입자 도입량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하였다. Pd(acac)2에 5분 노출시킨 복합막의 인장강도는 Nafion 212에 비해 23% 향상된 값을 나타내었다.
- 4) Pd가 도입됨에 따라 나피온 복합막의 전기화학적 특성은 약간 감소하였지만, Pd를 1분 도입한 경우에는 전기화학적 특성 저하는 거의 없으면서 인장강도는 4.5% 정도 개선된 결과를 나타내었다.
- Pd(acac)2 노출 시간이 증가함에 따라, 즉 Pd 나노 입자 도입량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하고 신율은 약간 감소하는 것을 볼 수 있으며, Pd 나노 입자가 나피온 사슬의 운동성을 제약하기 때문이다. Nafion 212의 인장강도는 33.0 MPa이고 신율은 337.6%이며, Pd(acac)2에 5분 노출시킨 Pd-5 min/Nafion 212 복합막의 인장강도는 40.56 MPa로 23% 향상된 값을 나타내었고, 신율은 332.0%로 2% 감소하였다.
- 3) Pd 나노 입자 도입량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하였다. Pd(acac)2에 5분 노출시킨 복합막의 인장강도는 Nafion 212에 비해 23% 향상된 값을 나타내었다.
- 8 μm 정도 이상, 즉 영역 (d) 이상에서는 Pd가 전혀 검출되지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 영역 d에서는 나피온의 고분자 구조인 술폰산기를 갖는 PTFE 사슬에서 기인하는 플루오르 (F), 탄소 (C), 황 (S) 및 산소 (O) 특성 피크가 나타나며, 표면에 가까울수록 Pd의 특성피크가 상대적으로 강하게 나타났다. 표면 영역에서 F와 Pd의 비율은 1 : 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.