Korean Chemical Engineering Research

The Korean Institute of Chemical Engineers (한국화학공학회)
권호 표지

Promoter Effect on Ni/YSZ Anode Catalyst of Solid Oxide Fuel Cell for Suppressing Coke Formation in the Methane Internal Reforming

고체산화물 연료전지용 Ni/YSZ 음극 촉매에서의 메탄 내부개질 반응 시 탄소 침적 억제를 위한 첨가제 영향

  • 김혜령 (포항공과대학교 화학공학과) ;
  • 최지은 (포항공과대학교 화학공학과) ;
  • 윤현기 (포항공과대학교 화학공학과) ;
  • 정종식 (포항공과대학교 화학공학과)
  • Received : 2008.04.03
  • Accepted : 2008.06.05
  • Published : 2008.08.31
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Abstract

Various additives were added in small amounts on Ni/YSZ anode of SOFC (solid oxide fuel cell) in order to improve reactivity and to inhibit deactivation due to coke deposition during methane reforming using a low mole ratio steam ($H_2O/CH_4=1.5$) at $800^{\circ}C$. Ni/YSZ catalysts added with various perovskites did not show any improvement but exhibited a gradual decrease in the methane conversion. K-doped Ni/YSZ showed a steady increase and maintenance of the conversion up to 42 hours, after which there was an abrupt deactivation of catalyst owing to potassium loss by volatilization. Addition of 5% of $K_2Ti_2O_5$ on Ni/YSZ showed a stable maintenance of the conversion without K loss, and was able to prevent coke formation during a long time operation. Deactivation of catalyst during the reaction was mainly caused by the accumulation of graphidic carbon on the catalyst surface.

고체 산화물 연료전지(SOFC)에서 Ni/YSZ 음극 촉매를 이용한 내부 개질 반응 시 코크 형성에 의한 촉매 비활성화 문제점을 개선하기 위해 음극에 여러가지 조촉매(Ce, Co, Cu, Cr, Mn, Pd, K, $K_2Ti_2O_5$)들을 첨가하여 그 영향을 조사하였다. $H_2O/CH_4=1.5$ 몰비, 800의 반응 조건하에서 수증기 개질 반응을 행한 결과 전이금속산화물들은 코크형성을 억제하는 효과가 없었고 메탄전환율도 오히려 감소하였다. Potassium을 담지한 Ni/YSZ의 경우는 초기에는 뚜렷한 코크형성 억제 효과가 있었으나 반응 후 42시간이 지나면 휘발에 의한 Potassium함량 감소로 급격한 촉매활성의 저하가 일어났다. 격자 구조에 Potassium이 내장된 $K_2Ti_2O_5$를 5% 혼합한 Ni/YSZ의 경우에는 장기간 운전에도 반응 활성이 줄어들지 않아서 음극 촉매의 코크 억제용 첨가제로 적용될 수 있음을 알았다. 반응시간에 따른 촉매의 비활성화는 촉매 표면에서의 graphidic carbon의 생성 때문으로 밝혀졌다.

Keywords

References

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