초록 ▼

1. 전기방사에 의해 제조한 PAN 계 및 PVdF 계 탄소나노섬유(CNF) 및 흑연성 탄소나노섬유(GNF)들이 더 이상의 활성화 과정없이 제조되었다. PAN 계 CNF는 질소 흡탈착 isotherm에서 전형적인 nonporous carbon 형태를 보였으나, GNF는 메조기공의 존재와 함께 type II의 형태를 나타내었다. CNF는 $22-31m^2/g$의 매우 낮은 비표면적을 지니고 있음에도 0.16-0.50 wt% 수소저장능을 보였으며, GNF는 보다 높은 $60-253m^2/g$의 비

1. 전기방사에 의해 제조한 PAN 계 및 PVdF 계 탄소나노섬유(CNF) 및 흑연성 탄소나노섬유(GNF)들이 더 이상의 활성화 과정없이 제조되었다. PAN 계 CNF는 질소 흡탈착 isotherm에서 전형적인 nonporous carbon 형태를 보였으나, GNF는 메조기공의 존재와 함께 type II의 형태를 나타내었다. CNF는 $22-31m^2/g$의 매우 낮은 비표면적을 지니고 있음에도 0.16-0.50 wt% 수소저장능을 보였으며, GNF는 보다 높은 $60-253m^2/g$의 비표면적과 0.14-1.01 wt%의 보다 높은 수소저장능을 나타내었다.
PVdF 계 CNF 및 GNF는 비표면적은 각각 $414-1300m^2/g$ 및 $377-473m^2/g$으로 PAN 계보다 훨씬 높았으나, 수소저장능은 각각 0.04-0.4 wt% 및 0.15-0.18 wt%로 낮았다.
2. ${\circ}$ 원료의 금속복합화 및 전기방사법에 의한 촉매복합화 초미세 핏치계 수소저장재료 개발
${\circ}$ 수소저장량 측정장치의 구성 및 신뢰성 확보
${\circ}$ 수소저장능 향상을 위한 흡착재의 표면개질에 의한 표면활성 향상 및 수소저장량 향상
${\circ}$ 40MPa 기준 2.5wt.% (10MPa 기준 1.0wt.%)
3. 유연탄 및 야자각을 수산화칼륨으로 화학활성화 시키면 비표면적 $3,200m^2/g$, 총기공부피 2.2 cc/g 수준의 슈퍼활성탄을 합성할 수 있다. 전구체/KOH의 중량비가 3.5 - 4.0 사이에서 비표면적 및 총기공부피가 최대를 나타낸다. 비표면적 $3,000m^2/g$ 정도의 슈퍼활성탄에 수소를 가하면 298K, 100 기압에서 최대 1.0 wt.%의 수소를 흡착하였으며 일부 시료의 경우 시간이 경과함에 따라 흡착량도 서서히 증가하여 5일 경과시 최대 1.6 wt.% 까지 관찰된 경우도 있었다. 슈퍼활성탄의 수소흡착 및 탈착속도는 3분 이내에 빠른 속도로 흡착/탈착 평형이 이루어진다. 수소흡착용량은 상온(298k)에서는 비표면적, 총기공부피 등의 기공도와 흡착압력에 선형적으로 비례하며 100기압 조건에서의 1.0 wt.% 정도의 수소저장용량은 DOE 목표치(6.0 wt.%)에는 상당히 미달하는 수준으로서 DOE 목표치에 도달하기 위해서는 초고기공도생성, 활성물질침윤 등의 후속 연구를 통하여 수소저장용량 증가시도가 필요한 상황이다.
4. 기존 상업용 탄소재료(활성탄, 활성탄소섬유, 탄소나노튜브)와 전기방사에 의한 다공성 탄소재료(탄소나노섬유) 등 다양한 탄소계 물질의 표면처리(불소화 기상처리 및 금속도핑) 방법을 통하여 303K, 100atm에서 수소저장능력이 아래와 같이 향상 되었다. 즉, 불소처리조건에서 NKCNT(다중벽나노튜브)와 ACF15의 경우 저장능이 각각 1.64, 1.65wt 로 미처리 시료에 비하여 약 39%와 14%향상되었다. 또한, 6wt% 니켈을 도핑한 MSC30(Kansaicokes AC), ACF15(Osaka Gas ACF)의 경우에 미처리 시료에 비하여 수소저장능이 각각 각각 2.28wt%, 2.80wt%로 약 1.9정도 증가하였다.

Abstract ▼

1 Electrospun polymer (using polyacrylonitrile and poly(vinylidene fluonde)) nanofibers were carbonized with or without iron(III) acetylacetonate(IAA). The IAA induce catalytic graphitization within the approximately temperature range $1000-1800^{\circ}C$
2. The carbonaceous adsorbent

1 Electrospun polymer (using polyacrylonitrile and poly(vinylidene fluonde)) nanofibers were carbonized with or without iron(III) acetylacetonate(IAA). The IAA induce catalytic graphitization within the approximately temperature range $1000-1800^{\circ}C$
2. The carbonaceous adsorbent has moisture and thermal stability and adsorbs hydrogen by physical adsorption. Using physical adsorption hydrogen storage system does not need extra adsorption-desorption system and storage material does not degrade by repetition of adsorption and desorption.
3. A study is presented on the preparation of high porous super activated carbon. Bituminous coal and lignocellulosic materials such as coconut-shell are chemically activated by KOH, resulting in activated carbons with different porosities. All of prepared activated carbons are microporous and show the same adsorption properties. The pore structure of the prepared activated carbons are maximum 3,200m2/g in specific surface area and 2,2 cc/g in total pore volume. The hydrgen adsorption capacity was measured by isothermal gravimetric analysis.
4. In this study, various carbon materials such as CNT(SWCNT, MWCNT), AC, ACFs, electro-spun CNFs have been modified by Ni doping and fluorination for developing hydrogen storage capacity. These modified carbon materials were characterized by BET surface area, SEM/EDS, TEM, XRD, and Raman spectroscopy.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...22
• 제 1.1 절 연구의 배경 및 목적...22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...28
• 제 2.1 절 기존의 수소저장 기술...28
• 제 2.2 절 최근 수소저장 탄소나노재료...31
• 제 2.3 절 이론적 수소흡착량...35
• 제 2.4 절 최근 연구된 다른 고체수소저장재료...39
• 제 2.5 절 본 연구 개발방향과 이에 관련 현 재료의 문제점...40
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...44
• 제 3.1 절. 고밀도 수소저장용 탄소나노섬유복합체 연구...44
• 1. 실험방법 및 재료...44
• 가. Electrospinning에 의한 탄소나노섬유 전구체 나노섬유제조...44
• 나. 탄소나노섬유 제조...44
• 다. 탄소나노섬유의 구조 분석...47
• 라. 수소 흡장능 평가...47
• 2. 연구결과 및 고찰...51
• 가. PAN 계 탄소나노섬유...51
• 나. PAN 계 흑연성 나노섬유...51
• 다. PYdF 계 탄소나노섬유...64
• 라. PVdF 계 흑연성 나노섬유...76
• 3. 결론...91
• 제 3.2 절 Fractal 구조 탄소계 수소저장재료 개발...93
• 1. 실험 방법...93
• 가. 원료 핏치의 제조...93
• 나. 금속분산 핏치 제조 및 용응방사...93
• 다. 활성화에 의한 금속함유 ACF 제조 및 분석...94
• 라. 전기방사에 의한 핏치계 초미세섬유 제조...94
• 마. 수소저 장량 측정 방법...95
• 바. 산처리 및 전기분해에 의한 표면처리...96
• 사. 성형체 제조...96
• 2. 결과 및 고찰...100
• 가. 원료 핏치의 제조...100
• 나. 금속분산 핏치 제조 및 용융방사...100
• 다. 수소저장량 측정...103
• 라. Solvent 법 및 용융법에 의한 전기방사...104
• 마. 산처리 및 전기분해에 의한 표면처리...108
• 제 3.3 절 고효율 슈퍼활성탄 제조기술 개발...142
• 1. 실험방법...142
• 가. 고기공도 슈퍼 활성탄 합성...142
• 나. 슈퍼활성탄의 표면 개질...144
• 다. 슈퍼활성탄의 형상 제어...146
• 2. 연구내용 및 결과...148
• 가. 기공도...148
• 나. 수소흡착거동...162
• 다. 표면개질영향...177
• 라. 형상제어 영향...178
• 마. 결론...179
• 제 3.4 절 탄소계 나노재료 표면처리에 의한 수소저장걍 향상 기술개발...180
• 1. 실험 방법...180
• 가. 탄소재료의 불소화...180
• 나. 탄소재료의 Nickel doping...181
• 다. 산처리...183
• 라. 함산소불소화...183
• 마. 전기방사...184
• 바. 시료 분석...184
• 사. 수소 저장량 평가...186
• 2. 연구내용 및 결과...189
• 가. 표면처리 된 단일벽 탈소나노튜브의 구조및 수소저장 특성...189
• 나. 표면처리 된 ACF의 미세구조 특성...195
• 다. 화학적 처리에 의한 다중탄소나노튜브 특성...206
• 라. 전기방사...219
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...222
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...226
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...228
• 제 7 장 참고문헌...230