초록 ▼

연료 전지 관련 소재인 무기물 및 고분자 전해질에서 일어나는 이온들의 움직임을 관찰하고, 연료 전지 작동 후 배출되는 배출액을 실시간으로 관찰하기 위한 on line/in-situ nulcear magentic resonance(NMR) 장치 용 Toroid Cavity Detector(TCD) 탐침(probe)을 새롭게 제작하여 반응 메카니즘을 분석하고 ex situ 실험 결과와 비교 분석하여 메탄올 연료 전지 개발에 기여하는 것을 연구 개발의 목적으로 한다.
직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Ce

연료 전지 관련 소재인 무기물 및 고분자 전해질에서 일어나는 이온들의 움직임을 관찰하고, 연료 전지 작동 후 배출되는 배출액을 실시간으로 관찰하기 위한 on line/in-situ nulcear magentic resonance(NMR) 장치 용 Toroid Cavity Detector(TCD) 탐침(probe)을 새롭게 제작하여 반응 메카니즘을 분석하고 ex situ 실험 결과와 비교 분석하여 메탄올 연료 전지 개발에 기여하는 것을 연구 개발의 목적으로 한다.
직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 기능을 하면서 동시에 NMR 실험이 가능한 on line/in situ NMR probe를 성공적으로 제작 하였고, 이를 이용하여 실제연료 전지의 음극과 양극의 배출액을 동시에 관찰 하는데 성공하였으며, 더 좋은 분해능의 스펙트럼을 얻기 위한 연구를 진행 중이다. 또한 미국 University of Califonia at Santa Barbara의 한송이 교수와 협력하여 Overhauser Dynamic Nuclear Polarization(DNP) relaxometry 장비를 사용한 실험을 통해 전해질 막에서의 물과 수소 이온 거동을 성공적으로 관찰 하였다. 나피온 유기 고분자 전해질의 친수성 채널 안에서 물과 수소 이온이 채널 가운데 보다 채널의 내표면에 가까이 존재 할 때 매우 빠르다는 것을 성공적으로 관찰 하였다. Bax(Zr0.8Y0.2)O3-δ의 수소 이온 전도에 효과가 있는 5배위 Y 자리의 수가 Ba의 미세한 양에 따라 변하며 Ba가 많을수록 많아진다는 것을 ⁸⁹Y NMR 실험을 통하여 확인하였다.
높은 반응성을 갖는 연료 전지 촉매 개발을 효과적으로 하기 위해서는 ex situ 분석을 위한 시료 준비 과정에서 발생할 수 있는 시료 변질이 없고, 연료 전지 내에서의 반응 과정, 반응 중간 생성물, 화합물들의 공간적 분포 등을 실시간으로 관찰 할 수 있는 실시간 in situ 분석이 중요하다. 한편 NMR은 화합물 규명, 분자구조 및 분자운동 관찰, 화합물의 공간적 분포 측정에 유용하며 비파괴적 분석 방법이어서 연료 전지 촉매의 성능과 특성을 실시간으로 NMR을 사용하여 on line/in situ 상태로 분석 하는 것은 매우 강력한 분석 방법이 된다. 따라서 개발된 on line/in situ NMR probe는 메탄올의 배출액을 실시간으로 분석하여 반응 메카니즘 규명에 쓰일 것이며, 연료 전지내에서 메탄올이나 물의 공간 분포를 측정하는데 쓰일 것이다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
The ion/water behavior in the inorganic and polymer electrolyte membranes was successfully probed. Using Overhauser DNP relaxometry, mobility of water and protons in Nafion polymer electrolyte membranes were differentiated with an 1 nano-meter spatial resolution. The results of faster

Ⅳ. Results
The ion/water behavior in the inorganic and polymer electrolyte membranes was successfully probed. Using Overhauser DNP relaxometry, mobility of water and protons in Nafion polymer electrolyte membranes were differentiated with an 1 nano-meter spatial resolution. The results of faster diffusion constants of water/proton near the inner surface of the hydrophilic channels than those of water/proton in the middle of the hydrophilic channels suggested that the local water/proton diffusivity, and hence water transport, can be significantly enhanced by the accessible fluorocarbon inner surface of Nafion hydrophilic channels. The number of 5-coordinated Y sites in Bax(Zr_0.8Y_0.2)O_3-δ were observed to increase for larger x values (x = 0.97, 1.00, 1.03, and 1.06) using ⁸⁹Y MAS NMR techniques.
We have designed and built on-line/in-situ NMR probes to detect anode and cathode exhausts simultaneously during the direct alcohol fuel cell operation at different conditions. By changing the shape and size of the NMR probe constituents, the sensitivity and spectral resolution were improved: smaller tubing diameter and smaller inner conductor diameter and length were better

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제 1.1 절. 연구 개발의 목적 ... 10
• 제 1.2 절. 연구 개발의 필요성 ... 10
• 제 2 장. 국내·외 기술개발 현황 ... 11
• 제 2.1 절. 국내·외 기술개발 현황 ... 11
• 제 2.2 절. 연구 결과가 국내·외 기술 개발 현황에서 차지하는위치 ... 11
• 제 3 장. 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 12
• 제 3.1 절. 1차년도 연구개발 내용 및 결과 ... 12
• 1. 무기물 전해질의 MR을 사용한 이온 및 물 거동 연구 ... 12
• 2. 중수소를 사용한 분석 기법 개발을 위한 기초 연구 ... 15
• 제 3.2 절. 2차년도 연구 개발 내용 및 결과 ... 18
• 1. 신호 감도 증진 기법 개발 ... 18
• 2. On-line NMR 장치 제작 및 장치 응용 ... 21
• 제 3.3 절. 3차년도 연구개발 내용 및 결과 ... 29
• 1. in situ NMR 장치의 신호 감도 증진 기법 개발 및 응용 ... 29
• 2. 고분자 전해질 내의 이온 및 물의 거동 연구 ... 32
• 제 4 장. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 35
• 제 4.1 절. 목표 달성도 ... 35
• 제 4.2 절. 관련 분야에의 기여도 ... 36
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 37
• 제 5.1 절. 추가연구의 필요성 ... 37
• 제 5.2 절. 타연구에의 응용 ... 37
• 제 6 장. 참고문헌 ... 38
• 끝페이지 ... 39