표제지
목차
국문초록 13
ABSTRACT 16
제1장 서론 19
1.1. 수소에너지 19
1.2. 액체유기수소운반체(LOHC) 24
1.3. 톨루엔 수소화 27
제2장 실험방법 31
2.1. H-type cell 평가 31
2.2. Zero-gap cell 평가 36
2.2.1. Zero-gap cell 제작 36
2.2.2. 전기화학분석 37
2.2.3. Overpotential Breakdown Analysis 38
2.3. 전기화학적 톨루엔 수소화 효율 분석 44
제3장 결과 및 고찰 45
3.1. H-type cell에서 전기화학적 톨루엔 수소화 확인 45
3.2. PEM 전해조 시스템 조건 설정 50
3.2.1. Zero-gap cell 체결압력 결정 50
3.2.2. 시스템 온도 결정 54
3.2.3. 산화전극 PTL 종류 결정 56
3.3. 촉매함량별 성능 및 EIS 데이터 분석 58
3.3.1. PtRu 촉매함량별 성능 경향성 분석 58
3.3.2. PtRu 촉매함량별 EIS 데이터 분석 62
3.3.3. Pt 전극의 성능 및 EIS 데이터 분석 66
3.4. MCA 제조 조건에 따른 PtRu 전극의 전기화학적 분석 71
3.4.1. MCA 제조 조건에 따른 성능 경향성 분석 71
3.4.2. High Frequency Resistance 분석 76
3.4.3. Overpotential Breakdown Analysis 79
3.5. MCA 제조 조건에 따른 PtRu 전극의 전류효율 분석 82
제4장 결론 85
참고문헌 87
[표 2-1] MCA 제조방법 및 PTL 종류에 따른 환원전극을 정리한 표. 41
[표 2-2] 환원전극 제작에 사용된 잉크의 조성을 촉매함량별로 정리한 표. 42
[표 3-1] 톨루엔과 메틸사이클로헥세인의 크로마토그램 Peak 면적 및 높이 값. 49
[표 3-2] 1.6 V와 2.0 V에서 측정된 PtRu 전극의 전류밀도와 1.6 V에서 측정된 EIS 데이터를 촉매함량 및 아이오노머 함량비율별로 정리한 표. 65
[표 3-3] 1.6 V와 2.0 V에서 측정된 Pt 전극의 전류밀도와 1.6 V에서 측정된 EIS 데이터를 촉매함량 및 아이오노머 함량비율별로 정리한 표. 70
[그림 1-1] 수소에너지 시스템의 개략도. 21
[그림 1-2] 여러 물질 및 연료들의 에너지 밀도. 22
[그림 1-3] 다양한 수소저장방법 개략도. 23
[그림 1-4] LOHC의 반응 메커니즘 개략도. 25
[그림 1-5] LOHC의 중량저장밀도 및 체적저장밀도. 26
[그림 1-6] (a) 수소 생산단계 모식도, (b) 톨루엔 수소화단계 모식도. 29
[그림 1-7] 전기화학적 톨루엔 수소화 모식도. 30
[그림 2-1] H-type cell의 모식도. 33
[그림 2-2] CCM 공정과 CCS 공정의 모식도. 34
[그림 2-3] Spraying 분사 방법의 모식도. 35
[그림 2-4] Zero-gap cell의 구성품과 구조에 대한 모식도. 40
[그림 2-5] PEM 전해조 시스템의 모식도. 43
[그림 3-1] PtRu 촉매 위에서의 전기화학적 톨루엔 수소화 반응 모식도. 47
[그림 3-2] (a) 톨루엔과 메틸사이클로헥세인의 크로마토그램, (b) 메틸사이클로헥세인의 단일 크로마토그램, (c) 톨루엔의 단일 크로마토그램. 48
[그림 3-3] 활성화과전압, 옴 과전압, 물질전달 과전압으로 나누어 본 LSV 분극곡선. 52
[그림 3-4] 체결압력별로 측정한 zero-gap cell의 LSV 분극곡선. 53
[그림 3-5] 상온과 60℃에서 측정한 zero-gap cell의 LSV 분극곡선. 55
[그림 3-6] 산화전극의 PTL 종류에 따라 측정한 zero-gap cell의 LSV 분극곡선. 57
[그림 3-7] 아이오노머 함량비율에 따라 측정된 LSV 분극곡선. 각 환원전극은 (a) 0.5 mgPtRu/cm², (b) 1.0 mgPtRu/cm², (c) 1.5 mgPtRu/cm²의 촉...[이미지참조] 60
[그림 3-8] (a), (c): 0.5 mgPtRu/cm²에서의 전극 단면 SEM 이미지 및 EDS mapping 데이터. (b), (d): 1.5 mgPtRu/cm²에서의 전극 단면 SEM...[이미지참조] 61
[그림 3-9] 아이오노머 함량비율에 따라 측정된 EIS 데이터. 각 환원전극은 (a) 0.5 mgPtRu/cm², (b) 1.0 mgPtRu/cm², (c) 1.5 mgPtRu/cm²의 촉매...[이미지참조] 64
[그림 3-10] 아이오노머 함량비율에 따라 측정된 LSV 분극곡선. 각 환원전극은 (a) 0.5 mgPt/cm², (b) 1.0 mgPt/cm², (c) 1.5 mgPt/cm²의 촉매함...[이미지참조] 68
[그림 3-11] 아이오노머 함량비율에 따라 측정된 EIS 데이터. 각 환원전극은 (a) 0.5 mgPt/cm², (b) 1.0 mgPt/cm², (c) 1.5 mgPt/cm²의 촉매함량...[이미지참조] 69
[그림 3-12] 아이오노머 함량비율에 따라 측정된 LSV 분극곡선. (a) CCS without MPL 전극, (b) CCS with MPL 전극, (c) CCM without... 74
[그림 3-13] PTL 및 전극의 단면 SEM 이미지 및 EDS mapping 데이터. (a) MPL이 있는 PTL, (b) MPL이 없는 PTL, (c) CCS with MPL... 75
[그림 3-14] HFR (빨간색)과 IR 보정 분극곡선(파란색)을 나타낸 그래프. (a) CCS without MPL 전극, (b) CCS with MPL 전극, (c) CCM... 78
[그림 3-15] OBA를 통해 분극곡선을 키네틱 과전압(빨간색), 옴 과전압(파란색), 물질전달 과전압(초록색)으로 나누어 나타낸 그래프. (a) CCS... 81
[그림 3-16] 4가지 조건의 환원전극의 전류효율을 나타낸 막대그래프. (a) CCS without MPL 전극, (b) CCS with MPL 전극, (c) CCM... 84