초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 석탄의 전기화학 반응 시 다양한 물리, 화학적 물성과 활성화 분극 사이의 상관관계를 규명 및 관계식을 도출하고, 이를 이용한 연료극의 활성화 분극 모델링을 연구목표로 한다. 현재 석탄을 연료로 사용하는 연료전지의 경우 석탄의 물성들(표면적, 다공성, 작용기, 휘발분, 회분)과 전체적인 성능 비교만 이루어지고 있을 뿐, 전기화학 반응의 주요 인자들과의 관계는 명확하게 밝혀지지 않았다. 이로 인해 석탄 연료전지의 성능을 예측하기 위해 제시된 모델의 결과들이 실제 실험 결과들과 부합성이 떨어진다는 문제점이

□ 연구개요
본 연구에서는 석탄의 전기화학 반응 시 다양한 물리, 화학적 물성과 활성화 분극 사이의 상관관계를 규명 및 관계식을 도출하고, 이를 이용한 연료극의 활성화 분극 모델링을 연구목표로 한다. 현재 석탄을 연료로 사용하는 연료전지의 경우 석탄의 물성들(표면적, 다공성, 작용기, 휘발분, 회분)과 전체적인 성능 비교만 이루어지고 있을 뿐, 전기화학 반응의 주요 인자들과의 관계는 명확하게 밝혀지지 않았다. 이로 인해 석탄 연료전지의 성능을 예측하기 위해 제시된 모델의 결과들이 실제 실험 결과들과 부합성이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서 석탄 물성의 능동적인 조절을 통하여, 연료극의 활성화 분극과의 상관관계를 확립한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
기존의 가스를 연료로 사용하는 연료전지의 전기화학 반응 모델은 석탄의 전기화학 반응 특성을 나타내기에 많은 문제점이 발생한다. 석탄의 경우 종류에 따라 상이한 특성들(표면 적, 다공성, 작용기, 휘발분, 회분)들 가지고 있으며, 이러한 물성의 영향이 고려된 전기화학 산화반응 모델이 제시되지 않았기 때문이다. 그러므로 본 연구에서는 이전의 연구에서 석탄을 연료로 사용 시 연료전지 성능에 영향을 미친다고 밝혀진 석탄의 다공성 및 작용기, 휘발분, 회분이 연료극의 활성화 분극에 미치는 영향을 분석하여 관계식을 도출하고, 연료극의 모델링을 수행하였다.
선정된 석탄의 물성과 활성화 분극의 상관관계를 규명하기 위하여 1)전처리 기법을 이용하여 석탄 물성을 능동적으로 조절하고, 2)다양한 분석기법을 통한 연료의 물리적 · 화학적 특성분석과 3)석탄 이용한 전기화학적 산화반응 실험을 통해 4)연료의 특성과 전기화학적 산화 반응 사이의 상관관계를 규명하고, 이를 바탕으로 연료극 모델링을 위한 관계함수를 도출하였다. 연구를 수행하는 구체적인 내용 및 방법은 다음과 같다.
- 1차년도에는 석탄의 여러 물성 중 다공성과 표면작용기를 선정하여, 석탄 표면의 다공성 및 표면 작용기를 능동적으로 조절하여 모델화된 석탄의 물성 변화에 따른 전기화학적 산화반응의 특성 변화를 관측하는 체계적인 연구를 통해 석탄 표면 물성 변화와 활성화 분극간의 상관관계를 도출하였다.
- 2차년도에는 석탄의 휘발분과 활성화 분극의 상관관계 규명하기 위하여 미분탄의 가스화 특성을 GC를 이용하여 평가하고, 전기화학 반응 실험 결과와 비교하여 생성가스들이 활성화 분극 및 개회로 전압에 미치는 영향을 분석하였다.
- 3차년도에는 석탄 회분에 포함된 금속 산화물들의 촉매작용에 대한 분석하고 촉매 역할이 활성화분극에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 또한 1,2,3차년도 결과로 얻어진 각 물성화 활성화 분극 사이의 관계함수를 이용하여 석탄의 물성을 고려한 연료극의 활성화 분극을 모델링 하고 다양한 탄종을 이용하여 검증하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
석탄의 다공성과 작용기, 생성가스, 회분과 전기화학 산화반응간의 상관관계를 확립하여 다양한 석탄을 연료전지의 연료로 사용 시 연료극의 모델링을 위한 핵심 데이터를 제공하게 된다. 도출된 상관관계 경험식을 석탄 직접이용 시스템의 디지털 설계 및 전산 모사에 활용하여 석탄 직접이용기술 상용화에 기여할 수 있다. 또한 석탄청정 이용기술에 관한 석탄관리, 석탄가스화 등의 석탄 관련 기반기술의 향상을 기대할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 목표 ... 4
• 1.2 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1 연구수행내용 ... 5
• 2.2 연구 결과 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 3.1 기술적 파급효과 ... 19
• 3.2 경제적 파급효과 ... 19
• 3.3 사회적 파급효과 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 27
• 끝페이지 ... 33