• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권3호
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• pp.362-367
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• 2009

최근 직접 액체 연료전지의 연료로써의 개미산은 메탄올의 대안으로 부상하고 있다. 본 논문에서는 직접 개미산 연료전지(DFAFCs, Direct Formic Acid Fuel Cells)의 운전 조건을 변화시켜 성능을 측정 및 분석하였다. 예를 들면, 양이온 교환 막의 두께, 개미산 수용액의 농도, 기체 확산층과 상용 촉매 등을 비교 및 분석하였다. 양이온 교환 막의 두께는 크로스오버(cross-over)와 연관되어 성능에 영향을 크게 주었다. 성능 최적화를 위해 개미산의 농도를 변화시켰다. 또한 개미산 산화에 가장 활성이 높은 상용촉매를 찾기 위해 실험했다. 나피온($Nafion^{(R)}$)-115, Pt-Ru black 상용촉매로 막-전극 접합체를 구성하여 6 M 개미산 수용액으로 운전하였을 때 최적의 성능을 보였다. 직접 메탄올 연료전지(DMFCs, Direct Methanol Fuel Cells)와 비교하여 우수한 성능을 보였다.

• 공업화학
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• 제19권6호
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• pp.583-591
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• 2008

최근 휴대용 전자기기 수요의 급증에 따라 기존에 사용되던 2차 전지를 대체할 수 있는 친환경 고효율 연료전지 개발의 필요성이 증대되었다. 이러한 목적으로 개미산을 연료로 이용하는 직접 개미산 연료전지가 부각되고 있다. 식품첨가물로 사용될 정도의 안정성, 전해질을 통과하는 연료의 최소화된 crossover, 큰 기전력 발생에 의한 반응활성 최대화 등이 개미산이 가지고 있는 고유의 장점들이며, 이와 더불어 반응 촉매 및 전지 디자인을 최적화 하려는 노력에 의해 직접 개미산 연료전지의 성능 및 안정성이 향상되고 있다. 이러한 개발을 통해 현재까지 약 $300mW/cm^2$ 이상의 전력밀도를 나타내는 전지 개발이 이루어졌다. 본 총설에서는 개미산 연료전지의 기본 구동 원리와 전지 구조에 대한 소개 및 직접 개미산 연료전지 성능 향상에 영향을 미치는 인자들인 연료극 촉매 및 전해질 개발, 최적화된 전지 구조 디자인 등의 개발 현황 및 앞으로 나아갈 방향에 대해 논의하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.29-32
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• 2008

The cell performance of direct formic acid fuel cell (DFAFC) having catalysts coated by electrospray was analyzed. Pd catalyst was used for the anode electrode and Pd catalyst loading amount and formic acid feed rate dependances of fuel cell performance were evaluated. When loading amount of Pd is in between 3mg/$cm^2$ and 7mg/$cm^2$ and formic acid feed rate is 5ml/min., 3mg/$cm^2$ sample showed better potential at 129 mA/$cm^2$ and power density due to difference in mass transfer limitation. However, when the feed rate is greater than 10ml/min., the opposite tendency was observed between 3mg/$cm^2$ and 7mg/$cm^2$ samples. The result was attributed to improvement in electrochemical reaction of the Pd. Based on the above results, In DFAFC including Pd catalyst that was coated by electrospray, 0.537V as the maximum potential at 129 mA/$cm^2$ was attained.

• 공업화학
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• 제27권2호
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• pp.123-127
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• 2016

메탄올 연료전지는 수소의 제조, 저장 및 운반에 대한 기술적, 재정적 문제로 인해 개발이 촉발되어 에너지밀도가 높은 연료라는 장점으로 포름산 연료전지에 비해 활발히 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 포름산 연료전지에 대해서도 전극촉매를 비롯한 핵심부품의 개발 및 연료의 물질전달 특성 등에 대한 연구가 지속적으로 수행되면서 액체 연료전지로써 보다 적합한 연료가 무엇인가에 대해서 실질적인 비교분석이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 포름산과 메탄올 연료전지에 대하여 전극촉매, 연료 확산, 크로스오버, 물 관리, 효율, 시스템 구성 측면에서 연구개발 동향을 소개하며 향후 전망에 대해서 고찰하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.283-289
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• 2016

In this study, electrochemical characterizations of PdCu/C catalysts that are synthesized by modified polyol method are investigated. Most of all, amount of ethylene glycol (EG) that is used as main component for catalyst synthesis is mainly modulated to optimize synthetic condition of the PdCu/C catalyst, For evaluations about catalytic activity and performance of direct formic acid fuel cell (DFAFC), half cell and full cell tests are implemented. As a result, when amount of EG is 4M, catalytic activities of the PdCu/C catalyst such as peak current of formic acid oxidation and active surface area are best, while maximum power density of DFAFC using the optimized PdCu/C catalyst is better than that using commercial Pd/C (30 wt%) by 6%. Based on that, PdCu/C catalyst synthesized by modified polyol method plays a critical role in improving (i) catalytic activity for formic acid oxidation and (ii) DFAFC performance by employing as anodic catalyst.

• Carbon letters
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• 제6권1호
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• pp.41-46
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• 2005

Plasma carbon blacks of 20~30 nm diameter were synthesized by direct decomposition of natural gas using a hybrid plasma torch system with 50 kW direct current and 4 MHz of radio frequency. The insulating rector which inside diameter of 400 mm and length of 1500 mm, respectively was kept at 300~$400^{\circ}C$ during the preparation. The ultimate analysis of plasma carbon blacks reveals that the raw plasma carbon blacks contains a large quantity of volatile which is mainly consist of hydrogen. Therefore devolatilization of raw plasma carbon blacks were carried out at $900^{\circ}C$ for one hour under nitrogen atmosphere. The devolatilization leads to the decrease in electrical resistivity and surface oxygen functional groups of plasma carbon black significantly. In order to investigate the plasma carbon as a catalyst support, devolatilized plasma black at $900^{\circ}C$ (DPB) supported PtAu catalyst was synthesized by sodium boronhydride reduction method. Electrochemical measurements and direct formic acid fuel cell test indicated that catalytic activity of DPB supported PtAu catalyst for formic acid oxidation was similar to that of Vulcan XC-72 of commercial carbon black supported one.

• 전기화학회지
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• 제15권4호
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• pp.216-221
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• 2012

전기화학적 환원을 통한 이산화탄소의 활용을 위한 노력은 오래 전부터 계속되어 왔다. 최근에는 액체연료 중 가격이 비싸고 그 활용도가 높은 포름산의 생성을 위한 연구가 많이 진행되고 있지만 실제 포름산을 생성하고 분석하는 과정에서 효율의 개선과 분석에 어려움이 따른다. 따라서 이산화탄소 환원을 이용한 포름산 생성에 필요한 시스템의 제조, 반응 조건의 개발 및 분석 방법의 정량화가 필요하다. 본 연구에서는 이산화탄소의 전기화학적 환원을 통한 포름산의 생성을 진행하고 생성된 포름산의 양을 분석하였다. 실험에 이용된 셀은 양이온 교환막을 사용하는 대용량의 회분형 셀을 이용하였으며 전위차계를 통하여 삼전극에서 전기화학 실험을 진행하였다. 전기화학 실험은 다양한 촉매 금속을 이용하여 선형 전위 주사법과 chronoamperometry를 통해 진행했으며 이 때 기준전극은 염화은 전극을 이용하였고 상대전극은 백금 전극을 사용하였다. 실험을 통해 생성된 포름산의 농도를 high performance liquid chromatography(HPLC)를 통하여 분석하여 시스템의 적정성과 분석 방법의 유효성을 검증하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제33권8호
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• pp.2539-2545
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• 2012

In the present study, we suggest a new way to reactivate performance of direct formic acid fuel cell (DFAFC) and explain its mechanism by employing electrochemical analyses like chronoamperometry (CA) and cyclic voltammogram (CV). For the evaluation of DFAFC performance, palladium (Pd) and platinum (Pt) are used as anode and cathode catalysts, respectively, and are applied to a Nafion membrane by catalyst-coated membrane spraying. After long DFAFC operation performed at 0.2 and 0.4 V and then CV test, DFAFC performance is better than its initial performance. It is attributed to dissolution of anode Pd into $Pd^{2+}$. By characterizations like TEM, Z-potential, CV and electrochemical impedance spectroscopy, it is evaluated that such dissolved $Pd^{2+}$ ions lead to (1) increase in the electrochemically active surface by reduction in Pd particle size and its improved redistribution and (2) increment in the total oxidation charge by fast reaction rate of the Pd dissolution reaction.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.270-274
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• 2017

본 연구에서는 양자 역학 계산 이론 중 하나인 Density Functional Theory (DFT)를 사용하여 $Pd/Pd_3Fe$ 촉매 표면에서 개미산(HCOOH) 분해 반응으로부터 수소를 생산하는 반응 메커니즘을 분석하였다. 기존 연구에 따르면, 단일 원자 촉매 중에서 개미산 분해 반응에 가장 높은 수소 생산성을 기록하는 원자는 Pd 촉매이지만, 부 반응으로 생산되는 CO가 Pd에 독성을 띄우기 때문에 Pd 촉매의 성능을 저하시킨다. 이러한 단점을 극복하고자, Pd를 기반으로 Pd와 Fe를 3:1로 합금하여 $Pd_3Fe$가 코어(core) 형태로 존재하고 Pd가 표면에 위치한 core-shell $Pd/Pd_3Fe$ 촉매를 설계하여 개미산 분해 반응에 의한 수소 생산 속도를 계산하였다. 순수 Pd촉매 보다 $Pd/Pd_3Fe$ 촉매의 수소 생산 반응의 활성 에너지가 감소하였다. 그 이유는 Pd와 Fe가 합금화 되면서 $Pd_3Fe$의 격자 상수가 $2.76{\AA}$로 줄어 들어 HCOO의 흡착에너지를 0.03 eV 감소시켰고, Fe에서 표면 Pd로 전자가 이동하면서 표면 전자 구조가 변화하여 HCOO의 흡착에너지를 0.29 eV 낮추었기 때문이다. 본 연구에서 제안하는 결과를 바탕으로 추후 개미산으로부터 수소 생산이 더 용이한 새로운 촉매 설계 메커니즘을 제안하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.227-233
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• 2015

In this study, we evaluate catalytic activity of Pd/C catalyst that is synthesized by modified polyol method. With such formed Pd/C is used as anodic catalyst for direct formic acid fuel cell (DFAFC) and performances of the DFAFC are measured to verify whether the new catalyst is effective for enhancing DFAFC performance and to determine optimal loadings of the Pd/C needed for obtaining best DFAFC performance. Pd particle distribution of the Pd/C catalyst is analyzed by TEM, while its catalytic activity is estimated by using cyclic voltammogram (CV) as measuring formic acid oxidation reaction and active surface area. As a result of that, the Pd/C catalyst synthesized by modified polyol shows better catalytic activity and DFAFC performance with small loading amount of Pd/C. When loading amount of Pd/C is $1.5mgcm^{-2}$, maximum power density of DFAFC adopting the catalyst is $122mWcm^{-2}$.