[논문]직접 수소화붕소나트륨/과산화수소 연료전지를 위한 니켈 기반 촉매

오택현

doi:10.7316/khnes.2020.31.6.587

직접 수소화붕소나트륨/과산화수소 연료전지를 위한 니켈 기반 촉매
Nickel-Based Catalysts for Direct Borohydride/Hydrogen Peroxide Fuel Cell 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.31 no.6, 2020년, pp.587 - 595

오택현 (창원대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Nickel-based bimetallic catalysts were investigated for use in direct borohydride/hydrogen peroxide fuel cells. For anode and cathode, PdNi and AuNi catalysts were used, respectively. Nickel-based bimetallic catalysts have been investigated through various methods, such as inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy. The performance of the catalysts was evaluated through fuel cell tests. The maximum power density of the fuel cell with nickel-based bimetallic catalysts was found to be higher than that of the fuel cell with the monometallic catalysts. The nickel-based bimetallic catalysts also exhibited a stable performance up to 60 minutes.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Experimental setup for the fuel cell test
그림 Fig. 2. TEM images of the catalysts for anode and cathode: (a) Pd/MWCNTs, (b) Au/MWCNTs, (c) Pd₇₅Ni₂₅/MWCNTs, and (d) Au₇₅Ni₂₅/MWCNTs
표 Table 1. Loading and composition of catalysts supported on MWCNTs
그림 Fig. 3. SEM images of the electrodes: (a) Pd₇₅Ni₂₅/MWCNTs anode electrode and (b) Au₇₅Ni₂₅/MWCNTs cathode electrode
그림 Fig. 4. EDS mapping images of the Pd₇₅Ni₂₅/MWCNTs anode electrode: (a) Pd and (b) Ni
그림 Fig. 5. EDS mapping images of the Au₇₅Ni₂₅/MWCNTs cathode electrode: (a) Au and (b) Ni
그림 Fig. 6. Fuel cell performance when various catalysts were used (operating temperature: 35.0±4.5℃)
표 Table 2. Maximum power density and average gas generation rates using electrodes with monometallic catalysts and bimetallic catalysts (operating temperature: 35.0±4.5℃)
그림 Fig. 7. Fuel cell performance when operating temperature was varied (anode catalyst: Pd₇₅Ni₂₅, cathode catalyst: Au₇₅Ni₂₅)
그림 Fig. 8. Effect of operation time on the fuel cell performance (anode catalyst: Pd₇₅Ni₂₅, cathode catalyst: Au₇₅Ni₂₅)
표 Table 3. Maximum power density and average gas generation rates using electrodes with bimetallic catalysts (anode catalyst: Pd₇₅Ni₂₅, cathode catalyst: Au₇₅Ni₂₅)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 촉매의 가격을 절감하기 위해서 DBHPFC의 전극을 위한 Ni 기반 촉매(산화극: PdNi 촉매, 환원극: AuNi 촉매)를 연구하였다. Ni 기반의 촉매를 제작하고 다양한 분석을 실시하여 촉매의 특성을 확인하였다.
본 연구에서는 촉매의 가격을 절감하기 위해서 DBHPFC의 전극을 위한 Ni 기반 촉매(산화극: PdNi 촉매, 환원극: AuNi 촉매)를 연구하였다. Ni 기반의 촉매를 제작하고 다양한 분석을 실시하여 촉매의 특성을 확인하였다.

제안 방법

제작된 촉매 용액에 촉매와 지지체의 질량비가 1 (촉매):5 (지지체)가 되도록 카르복실기(COOH) 로 기능화 된 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled car- bon nanotubes, MWCNTs)를 첨가하였다. MWCNTs (US Research Nanomaterials, Houston, USA)의 분산을 위해서 MWCNTs가 첨가된 촉매 용액을 초음파세척기(US -2R, As One, Osaka, Japan)로 30분 동안 분산시켰다.
. NaBH₄ 용액과 H₂O₂ 용액의 분해 반응에 대한 활성을 평가하였고, 연료전지 성능평가를 실시하였다. 반응성과 반응 선택성을 고려하여 산화극과 환원극을 위한 촉매를 선정하였다.
Ni 기반 촉매를 갖는 전극(산화극: Pd₇₅Ni₂₅, 환원 극: Au₇₅Ni₂₅)의 반응 시간에 따른 성능을 확인하기 위해 100 mA/cm²의 전류밀도에서 전압을 측정하였다. 연료전지의 온도는 36.
Ni 기반 촉매를 갖는 전극(산화극: Pd₇₅Ni₂₅, 환원 극: Au₇₅Ni₂₅)의 반응 온도에 따른 성능변화를 확인하였다. 반응 온도를 제외한 모든 조건은 동일하였으며, 35.
또한, 연료전지 성능평가를 실시하여 기존의 단일 촉매와 반응성과 반응 선택성을 비교하였다. Ni 기반의 촉매를 갖는 DBHPFC의 성능을 검증하기 위해 반응 온도와 시간에 따른 영향도 확인하였다.
환원극: AuNi 촉매)를 연구하였다. Ni 기반의 촉매를 제작하고 다양한 분석을 실시하여 촉매의 특성을 확인하였다. 또한, 연료전지 성능평가를 실시하여 기존의 단일 촉매와 반응성과 반응 선택성을 비교하였다.
다양한 분석법을 활용하여 촉매와 전극의 특성을 분석하였다. 유도결합플라즈마 분광분석기(720, Agilent, Santa Clara, USA)를 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 양을 측정하였다.
단일 촉매를 갖는 기존의 전극(산화극: Pd, 환원 극: Au)과 Ni 기반 촉매를 갖는 새로운 전극(산화극: Pd₇₅Ni₂₅, 환원극: Au₇₅Ni₂₅)의 반응성과 반응 선택성을 비교하기 위해서 연료전지 성능평가를 실시하였다. 촉매를 제외한 모든 조건은 동일하였으며, 35.
Ni 기반의 촉매를 제작하고 다양한 분석을 실시하여 촉매의 특성을 확인하였다. 또한, 연료전지 성능평가를 수행하여 기존의 단일 촉매와 반응성과 반응 선택성을 비교하였다. Ni 기반의 촉매는 기존의 단일 촉매에 비해 반응성은 우수하였지만 반응 선택성이 좋지 못하였다.
Ni 기반의 촉매를 제작하고 다양한 분석을 실시하여 촉매의 특성을 확인하였다. 또한, 연료전지 성능평가를 실시하여 기존의 단일 촉매와 반응성과 반응 선택성을 비교하였다. Ni 기반의 촉매를 갖는 DBHPFC의 성능을 검증하기 위해 반응 온도와 시간에 따른 영향도 확인하였다.
깊이와 폭이 1 mm인 사형 (serpentine) 유로를 갖는 흑연 양극판을 사용하였다. 막-전극 접합체와 흑연 양극판 사이의 연료 누설을 방지하기 위해서 0.25 mm의 두께를 갖는 실리콘 가스킷(SGC₃₀, Fuel Cell Earth)을 적용하였다. 연료전지 성능을 측정하기 위해서 2개의 금 도금된 집전판을 사용하였으며, 연료전지 구성품을 체결하기 위해서 2개의 스테인리스 강 재질의 끝판을 사용하였다.
반응 온도를 제외한 모든 조건은 동일하였으며, 35.0±4.5℃와 56.0±2.0℃의 온도에서 성능을 평가하였다.
본 연구진은 선행 연구에서 Rh, Ru, Pt, Au, Ag, Pd, Ni, Cu 촉매를 사용하여 DBHPFC를 위한 산화 극과 환원극을 제작하였다¹⁴⁾. NaBH₄ 용액과 H₂O₂ 용액의 분해 반응에 대한 활성을 평가하였고, 연료전지 성능평가를 실시하였다.
본 연구진은 선행 연구에서 상용 Nafion 211, 212, 115, 117 전해질을 사용하여 DBHPFC의 성능을 평가하였다. 전해질 중에서 Nafion 212 전해질을 갖는 DBHPFC의 성능이 가장 우수하였다¹⁵⁾.
전해질, 전극, 실리콘가스킷, 양극판, 집전판, 끝판을 사용하여 연료전지를 구성하였다. 세척 후 보관된 전해질을 0.5 mol/kg H₂SO₄ 용액에 2시간 동안 넣어 활성화를 시켰고, 활성화 된 전해질, 산화극, 환원극을 사용하여 막-전극 접합체를 제작하였다. 깊이와 폭이 1 mm인 사형 (serpentine) 유로를 갖는 흑연 양극판을 사용하였다.
촉매를 균일하게 분산하기 위해 자석교반기를 이용하여 제작된 촉매 슬러리를 300 rpm에서 30분 동안 교반하였다. 스프레이 건(Spray-Work Basic Airbrush, Tamiya, Shizuoka, Japan)을 이용하여 촉매 슬러리를 3.3 cm (가로)×3.3 cm (세로)×0.04 cm (두께)의 탄소천(CCP40, Fuel Cell Earth, Woburn, USA)에 분사하였다. 탄소천 위에 1 mg/cm²의 촉매를 코팅하기 위해 촉매 슬러리 분사와 건조를 반복하였다.
전자의 이동에 따른 연료전지의 성능을 측정하기 위해 전자 부하장치(3315F, Prodigit, New Taipei City, Taiwan)를 사용하였다. 액체 생성물은 삼각 플라스크에 저장하였으며, 기체 생성물은 물과실리카겔(SiO₂, Samchun Chemical)이 담긴 삼각 플라스크를 통과시켜 불순물과 수분을 제거하였다. 촉매의 반응 선택성을 확인하기 위해서 부피 유량계(수소: FMA-1606A, 산소: FMA-1605A, Omega, Norwalk, USA)를 이용하여 기체 생성물의 부피 유량을 측정하였다.
탄소천 위에 촉매층이 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 에너지분산 X선 분광분석기를 활용하여 전극 표면의 조성을 분석하였으며, Pd, Au, Ni, C, F, S, O가 검출되었다. 촉매와 지지체의 성분 외에도 나피온 바인더의 사용과 촉매의 산화로 인해서 소량의 F, S, O가 검출되었다.
촉매의 반응 선택성을 확인하기 위해서 부피 유량계(수소: FMA-1606A, 산소: FMA-1605A, Omega, Norwalk, USA)를 이용하여 기체 생성물의 부피 유량을 측정하였다. 연료전지, 액체 생성물, 기체 생성물의 온도는 K타입 열전대를 사용하여 측정하였다. 측정된 전압, 부피 유량, 온도는 데이터 획득 장치(GL240, Graphtec, Yokohama, Japan)를 사용하여 컴퓨터에 저장하였다.
연료전지의 성능은 반응 온도에 의해서도 영향을 받기 때문에 온도의 영향을 줄이고자 일정한 범위의 온도(35.0±4.5℃ 또는 56.0±2.0℃)에서 성능을 평가하였다.
유도결합플라즈마 분광분석기(720, Agilent, Santa Clara, USA)를 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 양을 측정하였다. 투과전자현미경(JEM-2100F, Jeol, Tokyo, Japan)을 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 분산 특성을 확인하였다.
전극의 특성을 분석하기 위해 주사 전자 현미경과 에너지 분산 X선 분광분석기를 사용하여 전극의 표면 상태와 조성을 확인하였다. Fig.
전류밀도를 0 mA/cm²부터 400 mA/cm²까지 25 mA/cm²의 간격으로 변화시켜 가며 성능을 측정하였고, 각 전류밀도에서 1분 동안 데이터를 획득하여 평균 전압과 동력밀도를 계산하였다. 연료전지의 성능은 반응 온도에 의해서도 영향을 받기 때문에 온도의 영향을 줄이고자 일정한 범위의 온도(35.
따라서 산화 극과 환원극의 실험장치 구성은 동일하다. 전원공급기(IT6720, Itech, New Taipei City, Taiwan)를이용하여 액체 펌프(9QQ, Boxer, Ottobeuren, Germany) 를 구동하였으며, 액체 펌프가 비커에 있는 연료를 분당 10 mL씩 연료전지에 공급하였다. 공급된 연료는 사형 유로를 따라 흐르면서 전극 촉매와 반응을 하고, 반응에 의해서 전자, 액체 생성물, 기체 생성물이 생성된다.
공급된 연료는 사형 유로를 따라 흐르면서 전극 촉매와 반응을 하고, 반응에 의해서 전자, 액체 생성물, 기체 생성물이 생성된다. 전자의 이동에 따른 연료전지의 성능을 측정하기 위해 전자 부하장치(3315F, Prodigit, New Taipei City, Taiwan)를 사용하였다. 액체 생성물은 삼각 플라스크에 저장하였으며, 기체 생성물은 물과실리카겔(SiO₂, Samchun Chemical)이 담긴 삼각 플라스크를 통과시켜 불순물과 수분을 제거하였다.
촉매의 분산을 위해 시트르산 나트륨을 사용하였으며, 촉매와 시트르산 나트륨의 몰비가 1:1이 되도록 용액을 제작하였다. 제작된 촉매 용액에 촉매와 지지체의 질량비가 1 (촉매):5 (지지체)가 되도록 카르복실기(COOH) 로 기능화 된 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled car- bon nanotubes, MWCNTs)를 첨가하였다. MWCNTs (US Research Nanomaterials, Houston, USA)의 분산을 위해서 MWCNTs가 첨가된 촉매 용액을 초음파세척기(US -2R, As One, Osaka, Japan)로 30분 동안 분산시켰다.
제작하였다. 제작된 촉매로 전극을 제작하였으며, 다양한 분석법을 활용하여 촉매와 전극의 특성을 분석하였다.
투과전자현미경(JEM-2100F, Jeol, Tokyo, Japan)을 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 분산 특성을 확인하였다. 주사전자현미경 (MIRA1 LMH, Tescan, Brno, Czech Republic)과 에너지 분산 X선 분광분석기(MIRA1 LMH, Te scan)를활용하여 전극의 표면 상태와 조성을 분석하였다.
실시하였다. 촉매를 제외한 모든 조건은 동일하였으며, 35.0±4.5℃ 의 온도에서 성능을 평가하였다.
액체 생성물은 삼각 플라스크에 저장하였으며, 기체 생성물은 물과실리카겔(SiO₂, Samchun Chemical)이 담긴 삼각 플라스크를 통과시켜 불순물과 수분을 제거하였다. 촉매의 반응 선택성을 확인하기 위해서 부피 유량계(수소: FMA-1606A, 산소: FMA-1605A, Omega, Norwalk, USA)를 이용하여 기체 생성물의 부피 유량을 측정하였다. 연료전지, 액체 생성물, 기체 생성물의 온도는 K타입 열전대를 사용하여 측정하였다.
촉매의 반응성과 반응 선택성을 평가하기 위해서 연료전지 성능평가를 실시하였다. 연료의 조성은 본연 구진의 선행 연구의 결과를 참고하여 결정하였다¹⁵⁾.
촉매의 특성을 분석하기 위해 유도결합플라즈마분광분석기와 투과전자현미경을 사용하여 MWCNTs 에 환원된 촉매의 양과 분산 특성을 확인하였다. Table 1은 환원된 촉매의 양을 나타낸다.
연료전지, 액체 생성물, 기체 생성물의 온도는 K타입 열전대를 사용하여 측정하였다. 측정된 전압, 부피 유량, 온도는 데이터 획득 장치(GL240, Graphtec, Yokohama, Japan)를 사용하여 컴퓨터에 저장하였다.
04 cm (두께)의 탄소천(CCP40, Fuel Cell Earth, Woburn, USA)에 분사하였다. 탄소천 위에 1 mg/cm²의 촉매를 코팅하기 위해 촉매 슬러리 분사와 건조를 반복하였다. 촉매가 코팅된 탄소천을 황산 용액(H₂SO₄, Samchun Chemical)에 30초 동안 넣어 산 처리를 하고, 증류수에 2회 세척하였다.
유도결합플라즈마 분광분석기(720, Agilent, Santa Clara, USA)를 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 양을 측정하였다. 투과전자현미경(JEM-2100F, Jeol, Tokyo, Japan)을 사용하여 MWCNTs에 환원된 촉매의 분산 특성을 확인하였다. 주사전자현미경 (MIRA1 LMH, Tescan, Brno, Czech Republic)과 에너지 분산 X선 분광분석기(MIRA1 LMH, Te scan)를활용하여 전극의 표면 상태와 조성을 분석하였다.

대상 데이터

7 wt%보다 작았다. at% 비율 역시 의도와 달리 Pd₇₅Ni₂₅과 Au₇₅Ni₂₅로 제작되었다. 촉매의 환원을 위해서 몰 비율 1 (촉매):10 (NaBH₄)의 NaBH₄ 용액을 사용하였지만 비 귀금속인 Ni을 환원시키기에는 부족하다고 판단된다.
5 mol/kg H₂SO₄ 용액에 2시간 동안 넣어 활성화를 시켰고, 활성화 된 전해질, 산화극, 환원극을 사용하여 막-전극 접합체를 제작하였다. 깊이와 폭이 1 mm인 사형 (serpentine) 유로를 갖는 흑연 양극판을 사용하였다. 막-전극 접합체와 흑연 양극판 사이의 연료 누설을 방지하기 위해서 0.
전해질 중에서 Nafion 212 전해질을 갖는 DBHPFC의 성능이 가장 우수하였다¹⁵⁾. 따라서 본 연구에서는 연료전지 성능평가를 위해 상용 Nafion 212 전해질(Chemours)을 사용하였으며, 선행 연구와 동일한 절차로 전해질을 세척하였다. 4.
NaBH₄ 용액과 H₂O₂ 용액의 분해 반응에 대한 활성을 평가하였고, 연료전지 성능평가를 실시하였다. 반응성과 반응 선택성을 고려하여 산화극과 환원극을 위한 촉매를 선정하였다. 산화극에는 Pd 촉매가 가장 적합하였으며, 환원 극에는 Au 촉매가 가장 적합하였다.
연료의 안정화를 위해 수산화 나트륨(NaOH, Samchun Chemical)과 인산(H₃PO₄, Samchun Chemical)을 사용하였다. 산화극을 위한 연료는 5 wt% NaBH₄+ 10 wt% NaOH+85 wt% H₂O의 조성으로 제조하였고, 환원극을 위한 연료는 20 wt% H₂O₂+5 wt% H₃PO₄+75 wt% H₂O의 조성으로 제조하였다. 성능평가 동안에는 가열기를 이용하여 연료의 온도를 일정하게 유지시켰다.
7 cm (세로) 크기의 Nafion 212 전해질을 준비한 후 1시간 동안 80℃의 세척 용액에 넣어 전해질을 세척하였다. 세척에 사용된 용액은 3 wt% H₂O₂ (Samchun Chemical), 3 wt% H₂SO₄, 94 wt% H₂O의조성으로 제조하였다. 용액에서 꺼낸 전해질을 1시간 동안 80℃의 증류수에 넣어 추가 세척을 진행하였다.
연료의 조성은 본연 구진의 선행 연구의 결과를 참고하여 결정하였다¹⁵⁾. 연료의 안정화를 위해 수산화 나트륨(NaOH, Samchun Chemical)과 인산(H₃PO₄, Samchun Chemical)을 사용하였다. 산화극을 위한 연료는 5 wt% NaBH₄+ 10 wt% NaOH+85 wt% H₂O의 조성으로 제조하였고, 환원극을 위한 연료는 20 wt% H₂O₂+5 wt% H₃PO₄+75 wt% H₂O의 조성으로 제조하였다.
25 mm의 두께를 갖는 실리콘 가스킷(SGC₃₀, Fuel Cell Earth)을 적용하였다. 연료전지 성능을 측정하기 위해서 2개의 금 도금된 집전판을 사용하였으며, 연료전지 구성품을 체결하기 위해서 2개의 스테인리스 강 재질의 끝판을 사용하였다. 균일한 압력으로 구성품을 체결하기 위해서 토크 렌치(50 QL, Tohnichi, Tokyo, Japan)를 사용하였으며, 20 kgf cm의 체결압으로 구성품을 체결하였다.
전극 촉매의 반응성과 반응 선택성을 평가하기 위해서 Ni 기반의 산화극 촉매 Pd₅₀Ni₅₀와 환원극 촉매 Au₅₀Ni₅₀을 제작하였다. 제작된 촉매로 전극을 제작하였으며, 다양한 분석법을 활용하여 촉매와 전극의 특성을 분석하였다.
. 전해질, 전극, 실리콘가스킷, 양극판, 집전판, 끝판을 사용하여 연료전지를 구성하였다. 세척 후 보관된 전해질을 0.
촉매 슬러리를 제작하기 위해 촉매/MWCNTs, 5 wt% 나피온 용액(D521, Chemours, Wilmington, USA), 에탄올을 사용하였고, 1 (촉매/MWCNTs):1 (나피온 용액):20 (에탄올)의 질량 비율로 촉매 슬러리를 제조하였다. 촉매를 균일하게 분산하기 위해 자석교반기를 이용하여 제작된 촉매 슬러리를 300 rpm에서 30분 동안 교반하였다.
Louis, USA)을 20 g의 증류수(H₂O, Samchun Chemical, Seoul, Korea)에 용해시켜 촉매 용액을 제작하였다. 촉매 전구체는 염화 금(AuCl₃, Sigma-Aldrich), 질산 팔라듐(Pd[NO₃]₂·2H₂O, Sigma-Aldrich), 염화니켈(NiCl₂, Sigma-Aldrich)을 사용하였다. 촉매의 분산을 위해 시트르산 나트륨을 사용하였으며, 촉매와 시트르산 나트륨의 몰비가 1:1이 되도록 용액을 제작하였다.
. 촉매 제작을 위해 촉매 전구체, 시트르산 나트륨 (HOC[COONa][CH₂COONa]₂·2H₂O, Sigam-Aldrich, St. Louis, USA)을 20 g의 증류수(H₂O, Samchun Chemical, Seoul, Korea)에 용해시켜 촉매 용액을 제작하였다. 촉매 전구체는 염화 금(AuCl₃, Sigma-Aldrich), 질산 팔라듐(Pd[NO₃]₂·2H₂O, Sigma-Aldrich), 염화니켈(NiCl₂, Sigma-Aldrich)을 사용하였다.
촉매와 NaBH₄의 몰비가 1 (촉매):10 (NaBH₄)이 되도록 20 g 의 증류수에 NaBH₄ (Samchun Chemical)를 용해시켜 NaBH₄ 용액을 제작하였다. 제작된 NaBH₄ 용액은 시린지 펌프(LSP02-2A, Longer Precision Pump, Baoding, China)를 사용하여 촉매 용액에 1시간 동안 주입하였다.
촉매 전구체는 염화 금(AuCl₃, Sigma-Aldrich), 질산 팔라듐(Pd[NO₃]₂·2H₂O, Sigma-Aldrich), 염화니켈(NiCl₂, Sigma-Aldrich)을 사용하였다. 촉매의 분산을 위해 시트르산 나트륨을 사용하였으며, 촉매와 시트르산 나트륨의 몰비가 1:1이 되도록 용액을 제작하였다. 제작된 촉매 용액에 촉매와 지지체의 질량비가 1 (촉매):5 (지지체)가 되도록 카르복실기(COOH) 로 기능화 된 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled car- bon nanotubes, MWCNTs)를 첨가하였다.

성능/효과

Ni 기반의 촉매는 기존의 단일 촉매에 비해 반응성은 다소 우수하여 최대 동력밀도가 증가하였다. 최대 동력밀도가 증가하면 전극의 단위 면적당 많은 양의 동력을 생산할 수 있어 연료전지 스택의 무게와 부피가 감소한다.
1 mL/min보다 높았다. Ni 촉매는 NaBH₄ 가수분해 반응에도 사용되기 때문에 수소 발생률이 증가할 것으로 예측하였으나 Ni을 첨가한 촉매의 수소 발생률이 Pd 촉매에 비해 194%나 높게 측정되었다. 이는 연료전지 성능평가를 수행하기 위해 연료전지를 체결하는 과정에서 부주의로 인해 산화극 촉매층 일부가 손상되었기 때문이다.
23 V) 보다높다. 넷째, 작동 온도가 100℃ 미만이므로 시동 특성이 비교적 우수하다.
미국의 연구진은 DBHPFC의 실험 결과를 바탕으로 1,000 Wh/kg의 에너지 밀도와 90일 이상의 임무 기간을 예상하였다³⁾. 둘째, 동력 밀도가 높다. 지금까지 개발된 DBHPFC의 최대 동력밀도는 680 mW/cm²(작동 온도: 60℃)로 직접 메탄올 연료전지에 비해 우수하며, PEMFC보다는 다소 낮은 수준이다⁸⁾.
그러나 전압 손실로 인해서 단일 촉매를 갖는 연료전지의 작동 전압이 Ni 기반 촉매를 갖는 연료전지의 작동 전압보다 작았다. 따라서 Ni 기반 촉매를 갖는 연료전지의 최대 동력밀도는 265.6 mW/cm² 로 단일 촉매를 갖는 연료전지의 최대 동력밀도인 218.8 mW/cm²에 비해 21% 증가하였다.
반응성과 반응 선택성을 고려하여 산화극과 환원극을 위한 촉매를 선정하였다. 산화극에는 Pd 촉매가 가장 적합하였으며, 환원 극에는 Au 촉매가 가장 적합하였다.
DBHPFC는 2000년대부터 연구가 시작되었기 때문에 PEMFC만큼 연구가 활발히 수행된다면 동력 밀도는 향상될 수 있다. 셋째, DBHPFC의 이론 전압은 3.01 V로 PEMFC의 이론 전압(1.23 V) 보다높다. 넷째, 작동 온도가 100℃ 미만이므로 시동 특성이 비교적 우수하다.
DBHPFC는 많은 장점을 지닌다. 첫째, 액체 연료를 사용하기 때문에 단위 부피당 에너지 밀도가 높고, 연료의 저장성과 취급성이 우수하며, 연료의 충전이 용이하다. 미국의 연구진은 DBHPFC의 실험 결과를 바탕으로 1,000 Wh/kg의 에너지 밀도와 90일 이상의 임무 기간을 예상하였다³⁾.
5는 Ni 기반 촉매를 갖는 전극의 촉매 분포를 마이크로 스케일 수준으로 보여주고 있다. 촉매가 비교적 균일하게 분포된 부분도 존재하였으나, Ni이 혼합됨에 따라 Pd, Au, Ni 촉매 입자가 뭉쳐서 클러스터를 형성한 부분도 확인되었다. 이는 나노 스케일 수준에서 관찰된 분산 특성과 유사하다.
3 mL/min로 증가하였다. 최대 동력밀도는 131% 증가하였고, 산소 발생률은 140% 증가하였다. 그러나 56.

후속연구

He 등¹⁶⁾은 DBHPFC의 전극을 위한 Au₇₅Ni₂₅ 촉매, Au₅₀Ni₅₀ 촉매, Au₂₅Ni₇₅ 촉매의 제작을 시도하였지만, 비 귀금속인 Ni의 환원이 적절히 이루어지 않아 Au₈₀Ni₂₀ 촉매, Au₅₈Ni₄₂ 촉매, Au₄₁Ni₅₉ 촉매가 제작되었다. 따라서 환원이 잘 이루어지지 않는 비 귀금속인 Ni을 환원시키기 위해서는 촉매의 제작 조건에 대한 후속 연구가 필요하다고 사료된다. Fig.
Ni 기반 촉매는 100 mA/cm²의 전류밀도에서 1시간 동안 비교적 안정적인 성능을 유지하였다. 촉매의 비율을 조절하여 반응 선택성을 향상시킨다면, 가격이 저렴하고 반응성이 우수한 Ni 기반의 촉매는 DBHPFC에적용될 수 있을 것이다.

참고문헌 (17)

R. K. Raman, N. A. Choudhury, and A. K. Shukla, "A high output voltage direct borohydride fuel cell", Electrochem. Solid St., Vol. 7, No. 12, 2004, pp. A488-A491, doi: https://doi.org/10.1149/1.1817855.

상세보기
C. P. Leon, F. C. Walsh, A. Rose, J. B. Lakeman, D. J. Browning, and R. W. Reeve, "A direct borohydride-acid peroxide fuel cell", J. Power Sources, Vol. 164, No. 2, 2007, pp. 441-448, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.069.

상세보기
G. H. Miley, N. Luo, J. Mather, R. Burton, G. Hawkins, L. Gu, E. Byrd, R. Gimlin, P. J. Shrestha, G. Benavides, J. Laystrom, and D. Carroll, "Direct NaBH 4 /H 2 O 2 fuel cells", J. Power Sources, Vol. 165, No. 2, 2007, pp. 509-516, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.062.

상세보기
J. Wei, X. Wang, Y. Wang, J. Guo, P. He, S. Yang, N. Li, F. Pei, and Y. Wang, "Carbon-supported Au hollow nanospheres as anode catalysts for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cells", Energy Fuels, Vol. 23, No. 8, 2009, pp. 4037-4041, doi: https://doi.org/10.1021/ef900186m.

상세보기
R. O. Stroman, G. S. Jackson, Y. Garsany, and K. Swider-Lyons, "A calibrated hydrogen-peroxide direct-borohydride fuel cell model", J. Power Sources, Vol. 271, 2014, pp. 421-430, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.07.139.

상세보기
B. Li, C. Song, X. Huang, K. Ye, K. Cheng, K. Zhu, J. Yan, D. Cao, and G. Wang, "A novel anode for direct borohydridehydroge peroxide fuel cell: Au nanoparticles decorated 3D self-supported reduced graphene oxide foam", ACS S ustain. Chem. Eng., Vol. 7, No. 13, 2019, pp. 11129-11137, doi: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b00192.

상세보기
Z. Wang, J. Parrondo, C. He, S. Sankarasubramanian, and V. Ramani, "Efficient pH-gradient-enabled microscale bipolar interfaces in direct borohydride fuel cells", Nat. Energy, Vol. 4, 2019, pp. 281-289, doi: https://doi.org/10.1038/s41560-019-0330-5.

상세보기
L. Gu, N. Luo, and G. H. Miley, "Cathode electrocatalyst selection and deposition for a direct borohydride/hydrogen peroxide fuel cell", J. Power Sources, Vol. 173, No. 1, 2007, pp. 77-85, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.05.005.

상세보기
F. Pei, Y. Wang, X. Wang, P. He, Q. Chen, X. Wang, H. Wang, L. Yi, and J. Guo, "Performance of supported Au-Co alloy as the anode catalyst of direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 35, No. 15, 2010, pp. 8136-8142, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.01.016.

상세보기
B. Sljukic, J. Milikic, D. M. F. Santos, C. A. C. Sequeira, D. Maccio, and A. Saccone, "Electrocatalytic performance of Pt-Dy alloys for direct borohydride fuel cells", J. Power Sources, Vol. 272, 2014, pp. 335-343, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.08.080.

상세보기
M. G. Hosseini, R. Mahmoodi, and M. S. Amjadi, "Carbon supported Ni 1 Pt 1 nanocatalyst as superior electrocatalyst with increased power density in direct borohydride-hydrogen peroxide and investigation of cell impedance at different temperatures and discharging currents", Energy, Vol. 131, 2017, pp. 137-148, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.034.

상세보기
L. Yi, B. Yu, W. Yi, Y. Zhou, R. Ding, and X. Wang, "Carbon-supported bimetallic platinum-iron nanocatalysts: application in direct borohydride/hydrogen peroxide fuel cell", ACS Sustain. Chem. Eng., Vol. 6, No. 7, 2018, pp. 8142-8149, doi: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b04438.

상세보기
B. Li, C. Song, D. Zhang, K. Ye, K. Cheng, K. Zhu, J. Yan, D. Cao, and G. Wang, "Novel self-supported reduced graphene oxide foam-based CoAu electrode: an original anode catalyst for electrooxidation of borohydride in borohydride fuel cell", Carbon, Vol. 152, 2019, pp. 77-88, doi: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.06.018.

상세보기
T. H. Oh, B. Jang, and S. Kwon, "Electrocatalysts supported on multiwalled carbon nanotubes for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 39, No. 13, 2014, pp. 6977-6986, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.02.117.

상세보기
T. H. Oh, B. Jang, and S. Kwon, "Performance evaluation of direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cells with electrocatalysts supported on multiwalled carbon nanotubes", Energy, Vol. 76, 2014, pp. 911-919, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.09.002.

상세보기
P. He, Y. Wang, X. Wang, F. Pei, H. Wang, L. Liu, and L. Yi, "Investigation of carbon supported Au-Ni bimetallic nanoparticles as electrocatalyst for direct borohydride fuel cell", J. Power Sources, Vol. 196, No. 3, 2011, pp. 1042-1047, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.037.

상세보기
T. H. Oh, "Gold-based bimetallic electrocatalysts supported on multiwalled carbon nanotubes for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell", Renew. Energy, Vol. 163, 2021, pp. 930-938, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.09.028.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증