[화공설계] DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)

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소개글
[화공설계] DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)에 대한 자료입니다.
목차
1. Introduction


2. Experimental

-Preparation of the catalysts
-Electrochemical and physical characterization


3. Results and discussion

- Fundamental theory of XPS
- Rotating Ring Disk Electrode(RRDE)


4. Conclusion


5. Vision

6. References
본문내용
1. Introduction

DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)를 상업화하는데 있어서 주된 기술적인 장애중의 하나는 산화전극에서 환원전극으로 polymer electrolyte membrane을 통해 일어나는 메탄올의 crossover이다. 메탄올은 electro-삼투가 촉매에 흡착하고, mixed potential(이것은 산소-감소와 메탄올 산화 반응이 동시에 일어난다.)을 발생시키는 결과에 따라 환원전극으로 수송된다. 이런 events는 환원전극 전위에 negative shift를 일으키고, 이것은 DMFC에 수행과 내구성에 있어서 상당한 감소를 초래한다. 이 문제를 풀기 위해서, 많은 학자들은 낮은 메탄올 삼투성을 갖는 양자-도체 전해질 막에 포커스를 맞추었다. 이 문제를 해결하기 위한 대안 조치는 메탄올의 산화에 내성이 있는 산소-감소-반응에 선택적인 electrocatalyst를 발견하는 것이다.
메탄올의 내성이 있는 산소 환원 촉매의 몇 개의 종류가 논문에 소개되었다. 포르피린(porphyrin)과 프탈로시아닌(phthalocyanine)같은 전이-금속 macrocycles with N-based 리간드(ligand)는 산소감소에 활동적이고, 메탄올 산화에 영향을 받지 않는다. 다른 접근은 Chevrel-type( 이것은 중앙 8면체의 금속 클러스터에 의해 특징지워진다.- 다시 말하면, M6X8 여기서 M은 높은 원자가 전이 금속이고 X는 S나 Se, Te같은 산소족 원소이다.) 물질에 근거한 칼코겐의 이원 화합물(chalcogenide compounds)를 사용하는 것이다. 이런 금속들은 불활성 기체와 낮은 온도 조건에서, 금속-카르보닐 클러스터의 카르복시기 제거에 의해서 준비되어진다. 칼코겐의 이원 화합물이 높은 선택성(산소 매개 함유 메탄올에서 산소 감소를 위한 Pt와 비교해서)을 보여주고 있다고 하더라도, 그들의 ORR(산소 환원 반응)을 향한 본질적인 촉매 작용 활동은 낮고, 연료 전지 작용 조건아래서 그것들의 내구력은 납-based 촉매 보다 좋지가 않다.
따라서, 납-group-based 화합물은 여전히 DMFC 환원전극 촉매를 위해 효과적인 후보로 고려되고 있다. 그러나, 연구들은 주로 메탄올의 내성을 높이기 위해 Co, Ni and Fe같은 금속과 Pt를 합금하는 것을 금지하고 있다.
이번 연구에서는, Pt/C 촉매에게 메탄올 내성 능력(증가하는 온도에서 열처리에 의한 킬리에트 agent의 도움과 함께 표면을 수정함으로써 성공되어진다.)을 부여한다. Popov et al.은 탄소-supported Co-에틸디아민 합성물이 산소분자의 네 개의 전자 감소에서 향상된 활동을 보여주는 것을 발표했다. 현재의 연구에 목적은 메탄올을 함유하고 있는 산 medium에서의 메탄올 산화를 향한 OPR의 활동력과 킬레이트-수정된 Pt/C 촉매의 선택성을 보여주고, DMFC에서의 환원전극 물질로서 이런 촉매들을 사용하는 실행 가능성을 보여주는 것이다. electorchemical의 수행능력은 회전하는 링-디스크 전극을 사용함으로써 평가되어진다.


2. Experimental

2.1 Preparation of the catalysts

초순수 100 ml에 백금 전구체로 사용된 platinum (IV) chloride (PtCl4, Alfa Aesar) 일정량을 넣고 20분간 교반한다. 백금-킬레이트 화합물을 형성하기 위해 계산된 양의 1,3-diaminopropane을 넣는다. 이때 용액의 색은 맑은 노란색에서 탁한 색으로 변하며, 이는 백금-킬레이트 화합물이 형성되었음을 의미한다. 마찬가지로 20분간 충분히 교반한 뒤, 40 wt%의 촉매를 만들기 위해 Ketjen black 300j를 일정량 넣는다. 이 상태로 수시간 reflux하고 rotary evaporator를 이용하여 용매를 모두 증발시킨다. 이렇게 얻어진 촉매 파우더는 Ar기체가 꾸준히 흐르는 700℃상황에서 세 시간 동안 모아지고 말려졌다.

2.2 Electrochemical and physical characterization

0.5M H2SO4의 용매 하에 메탄올의 존재/부재 여부에 따라 삼전극 전기화학적 셀에서 전기화학적 측정이 이루어졌다. 실험은 상온의 bi-potentiostat에서 수행되었다. 작용하는 전극은 glassy-carbon disk(4.57 mm O.D) 와 Pt 고리(4.93 nm I.D and 5.38 nm O.D)로 구성된 RRDE(Pine instrument) 였다. 반대전극으로는 Pt 와이어가 사용되었고, 참고 전극으로는 Hg/HgSO4가 사용되었다. 그러나 이렇게 주어
참고문헌
1. http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20060518/117222/
2. 직접 메탄올 연료전지(DMFC)용 선택적 선소환원 촉매의 개발, 연세대학교 대학원, 오종길, 2007
3. 화학기상 증착법에 의해 변형된 DMFC용 Pt-Ru 합금 촉매의 특성, 서울대학교 응용화학부, 2002


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