• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.92.1-92.1
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• 2011

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC contains a significant amount of combustible components like hydrogen, carbon monoxide and methane according to fuel utilization ratio of the fuel cell stack. Thus, it is important to fully burn anode off-gas and utilize the generated heat in order to increase system efficiency and reduce emissions as well. In the present study, 25 kW catalytic combustor has been developed for the application to a load-following 300kW MCFC system. Mixing and combustion characteristics have been experimentally investigated with the catalytic combustor. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple catalysts having different structures and compositions. Results show that the exhaust emissions are highly dependent on the catalyst loading and the ratio of catalytic components. Test results at load-following conditions are also shown in the present study.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.1-71.1
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• 2010

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 내의 기체확산층(GDL)은 셀 내의 물 관리에 중요한 역할을 수행한다. 일반적으로 다공성 기제(GDBL) 위에 미세기공층(MPL)을 코팅한 2층 구조의 기체확산층이 사용되는데, 이 미세기공층은 카본파우더와 테프론의 혼합물로 이루어져 있으며 촉매층에서 발생한 물을 셀 밖으로 빠르게 배출하는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 다양한 기공분포를 갖는 미세기공층을 제조하여 고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 미세기공층 슬러리내에 암모늄염 계열의 기공형성제를 혼합하여 다공성 기제 위에 코팅한 후 다양한 온도조건에서 건조함에 따라 기공분포가 다른 미세기공층을 제조하였다. 이렇게 제조된 미세기공층의 물성은 수은기공도계, FE-SEM, 자체적으로 제조한 기체투과도 측정 장치를 사용하여 측정하였으며, 단위 전지 성능 측정은 두 개의 가습조건(RH100%, RH50%)에서 실시하였다. 기공분포 측정결과 건조온도가 높은 미세기공층은 건조온도가 낮은 미세기공층에 비해 직경이 1,000 - 20,000 nm 인 대공극(macropore)의 수가 많지만, 직경이 100 nm 이하의 미세공 (micropore)의 수가 적은 것을 확인하였다. 전지성능 측정 결과 고가습 조건 (RH100%)에서는 미세공 (micropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 보여고, 저가습 조건 (RH50%)에서는 대공극 (macropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이는 물배출에 유리한 미세공 (micropore)의 성질과 원료 기체의 이동에 유리한 대공극(macropore)의 성질에 의한 것으로 판단된다. 따라서 셀 운전 가습조건에 따라 최적화된 기공구조를 갖는 미세기공층을 사용함으로써 셀 운전 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.8
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• pp.703-707
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• 2001

The effects of chromium addition on the catalytic activity of Raney nickel in alkaline fuel cell (AFC) have been studied. When the catalysts are prepared from various contents of chromium, the electrochemical characteristics shows the highest mass activity of 3.588 A/g. Operating temperature and electrolyte concentration of half cell were $80^{\circ}C$ and 6N KOH, respectively. With the addition of chromium, the particle size is diminished from 12.11 $\mu\textrm{m}$ to 11.07 $\mu\textrm{m}$ and the decrease of particle size contributes to the enlargement of the specific surface area from 0.653 $\m^2$/g to 0.685$\m^2$/g. The residual aluminium contents of Raney nickel surface are considerably influenced by the particle size and chromium acts as sintering inhibitor.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.266-266
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• 2015

전 세계적으로 무한한 청정에너지 개발에 대한 연구가 주목받고 있다. 그 중, 수소에너지는 화석연료의 고갈과 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 자원이며 수소 생산 방법 중에서도 태양에너지를 이용한 수소 생산 기술은 가장 이상적인 수소 생산 시스템이라 할 수 있다. 대표적인 광전극 소재로는 $WO_3$, ZnO, $Fe_2O_3$, $BiVO_4$ 등과 같은 무기 소재가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 Si, CIGS 등과 같은 태양전지와 상기 광전극을 집적하는 탄뎀형 소재/소자가 개발되고 있다. 광전반응이 우수한 전도성 고분자는 광전기화학 전지의 소재로 개발되고 있다. 그러나 유기물의 수중 불안전성 문제 때문에 직접적으로 물에 침전시키는 것이 아니라 외부의 인가 전원용으로 그 사용이 제한적이다. 본 연구에서는 유기계 소재의 direct energy conversion을 위한 효율 및 수중 안정성 향상을 위하여 Ni계 촉매 및 그래핀옥사이드가 융합된 유기기반 광전기화학전지를 개발하였다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.31 no.10
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• pp.955-965
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• 2014

Transport phenomena of reactant and product are directly linked to intrinsic inhomogeneous random configurations of catalyst layer (CL) that consist of ionomer, carbon-supported catalyst (Pt/C), and pores. Hence, electrochemically active surface area (ECSA) of Pt/C is dominated by geometrical morphology of mass transport path. Undoubtedly these ECSAs are key factor of total fuel cell efficiency. In this study, non-deterministic micro-scale CLs were randomly generated by Monte Carlo method and implemented with the percolation process. To ensure valid inference about Pt/C catalyst utilization, 600 samples were chosen as the number of necessary samples with 95% confidence level. Statistic results of 600 samples generated under particular condition (20vol% Pt/C, 30vol% ionomer, 50vol% pore, and 20nm particle diameter) reveal only 18.2%~81.0% of Pt/C can construct ECSAs with mean value of 53.8%. This study indicates that the catalyst utilization in fuel cell CLs cannot be identical notwithstanding the same design condition.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.3 no.2
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• pp.230-239
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• 1992

Nickel was used as a catalyst for the hydrogen electrode in alkaline fuel cell. The optimum electrolyte concentration and recommendable operating temperature identified from polarization curves were 6N KOH and $80^{\circ}C$, respectively. Comparing the conductivity, apparent porosity and current density at porous hydrogen electrode manufactured with various PTFE additions, the proper content of PTFE was 10wt%. Chemisorption was carried out to define the appropriate surface area. The electrode produced with 10wt% of PTFE and sintered at $340^{\circ}C$ showed more than $200mA/cm^2$ of current density. The morphology of electrode surface was investigated with SEM. Cold pressing, hot pressing, rolling and calendering methods were carried out for manufacturing the electrode, and electrochemical characteristics for each method was studied.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.3
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• pp.438-443
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• 2019

A new measurement method is suggested to quantify the phosphate poisoning of cathodic Pt catalyst for HT-PEMFC. To do that, hydrogen peroxide was used as an indicator to reduce the error which has been occurred in conventional electrochemical measurement such as CV or ORR RDE with high concentration of phosphate ions. As a result, the current density induced from the reaction of hydrogen peroxide decomposition increased proportionally to the concentration of phosphate ion while the conventional methods show has a significant error with high concentration of phosphate ion. Thus, it is confirmed that the suggested way is superior to the conventional measurement method for the quantification of phosphate ion poisoning in an atmosphere similar to the actual operation condition of HT-PEMFC.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.25 no.1
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• pp.78-83
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• 2014

In this research, we evaluated the performance and characteristics of carbon supported PtM (M = Ni and Y) alloy catalysts (PtM/Cs) synthesized by a modified polyol method. With the PtM/Cs employed as a catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) of cathodes in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), their catalytic and ORR activities and electrical performance were investigated and compared with those of commercial Pt/C. Their particle sizes, particle distributions and electrochemically active surface areas (EAS) were measured by TEM and cyclic voltammetry (CV), while their ORR activity and electrical performance were explored using linear sweeping voltammetries with rotating disk electrodes and rotating ring-disk electrodes as well as PEMFC single cell tests. TEM and CV measurements show that PtM/Cs have the compatible particle size and EAS with Pt/C. When it comes to ORR activity, PtM/C showed the equivalent or better half-wave potential, kinetic current density, transferred electron number per oxygen molecule and $H_2O_2$ production(%) to or than commerical Pt/C. Based on results gained by the three electrode tests, when the PEMFC single cell tests were carried out, the current density measured at 0.6 V and maximum power density of PEMFC single cell adopting PtM/C catalysts were better than those adopting Pt/C catalyst. It is therefore concluded that PtM/C catalysts synthesized by modified polyol can result in the equivalent or better ORR catalytic capability and PEMFC performance to or than commercial Pt/C catalyst.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 1998.05a
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• pp.21-21
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• 1998

새로운 에너지원으로 각광받고 있는 연료전지는 우주선 동력윈으로서의 이용이래, 보다 실용적인 발전 시스템을 목적으로 많은 연구개발이 시도되고 있다. 이러한 연료전지는 사용하는 전해질의 특성으로 인하여 저온형($<300^{\circ}C$) 과 고온형($500^{\circ}C<$)으로 구분된 수 있는데, 저온형 연료전지의 경우는 전극반응 특성상 귀금속 촉매가 필요한 데 비해, 고온형 연료전지는 이러한 귀금속 촉매가 필요없다는 점등에서 다양한 장점을 가지게 된다. 즉, 저온형에 비해 다양한 연료가 가능하고, 대형화에 유리함며, 고온 페열을 이용할 수 있는 점 등을 들 수 있다. 용융탄산염형 연료전지(MFCFC)는 이러한 고온형 연료진지의 장점을 배경으로 현재 대규모의 개발이 진행되고 있다. 그러나 여기에 주로 사용되는 Li-K, Li-Na와 같은 용융탄신엽은 고부식성 전해질로서 대부분의 금속이 산화물을 형성하는 것으로 알려져 있다. MCFC의 분리판은 셀간을 전기적으로 이어주는 역할, 가스의 유로제공 및 가스 Sealing의 역할을 담당하는 부분으로서, 분리판의 부식은 이러한 특성의 저하 및 전해질의 소모를 유발시켜 MCFC의 내구성에 커다란 영향 을 미치는 요인으로 생각되고 있다. 이러한 배경으로부터 Uchida 그룹은 MCFC의 분라판 재료 의 부식거동을 계동적으로 검토하였다. 먼저 Fe에 Ni 과 Cr을 첨가한 재료를 산화성가스 분위기하에서 $(Li+K)CO_3$에 대하여 검토한 결과, Ni과 Cr 둘다 20wt%이상 첨가시, 내식성융 가지는 결 과를 보고하였다2) 이 경우 보호피막으로서 NiO 와 $LiCrO_2$가 작용하는데, $LiCrO_2$가 용융탄산염 중에서 보다 안정한 것으로 부터, Cr의 첨가가 내식성에 기여하는 것으로 판단하였다. 다음 단계 로서 Fe/Cr재료에 용-융탄산염 중에서 안정한 산화물을 형성하는 Al의 첨가효과를 검토하였다. Al의 첨가는 더욱 내식성을 향상시키는 것이 발견되었고, 약 4wt%의 첨가로 충분한 내식성을 가지 는 것을 보고 하였다. 그러나 이러한 안정한 산화물에 의한 내식성 향상은 전기진도도의 희생을 바탕으로 한 것으로서, 다읍 단계로서 Ti산화물의 반도체적인 특성을 이용하고자 제 4의 원소로서 Ti첨가를 시도하였다. 그러나 Fe/Cr/AVTi재료가 뛰어난 내식성을 가지는 것은 관찰되었으나, 전도도 향상에는 기여하지 못하는 것이 보고되었다. 현재 MCFC는 실용화를 위한 고성능화의 하나로서 가압하에서의 운전을 시도하고 있다. 이 러한 가압하에서의 운전은 기전력의 향상 및 전극반응의 촉진 등으로 출력의 향상을 가져오나. 현재 문제로 되고 있는 Cathode극인 NiO의 용해/석출 현상을 가속화하는 결과를 초래해, 이에대 한 대책으로서 Li-K보다 NiO의 용해가 적은 Li-Na탄산염으로의 전환이 진행되고 있다. 이러한 배경으로부터 Uchida그룹에서 개발한 FeiCr/AVTi재료와 현재 분리판 재료로 사용증인 SUS 310, S SUS 316재료에 대해. 산화성 분위기의 5기압까지의 가압하에서, Li-K, Li-Na탄산염에 대하여 부 식거동을 검토한 결과, 가압하에서 내식성이 향상되는 것이 발견되었다. 이유로서는 가압하에서 용융탄산엽의 증가된 산화력으로 보다 치밀한 내식성 산화물 피막이 형성되기 때문으로 생각되고 있다. 또한 Li-K, Li-Na탄산염에서의 부식의 정도에는 차이가 거의 없었으나, SUS 316의 경우 탄산염에 젖은 부분에서 내식성 피막이 형성되지 않는 이상부식현상이 관찰되었다. 재료간의 내식성 정도에서는 Fe/Cr/Al/Ti이 가장 내식성이 뛰어났으며, SUS 310 또한 뛰어난 내식성을 보였다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.15 no.2
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• pp.109-114
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• 2012

The cathode catalyst layer in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) was fabricated with anodic aluminum oxide (AAO) template and its structure was characterized with scanning electron microscopy (SEM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis. The SEM analysis showed that the catalyst layer was fabricated the Pt nanowire with uniform shape and size. The BET analysis showed that the volume of pores in range of 20-100 nm was enhanced by AAO template. The electrochemical properties with the membrane electrode assembly (MEA) were evaluated by current-voltage polarization measurements and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that the MEA with AAO template reduced the mass transfer resistance and improved the cell performance by approximately 25% through controlling the structure of catalyst layer.