[표지]
제출문
요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 23
제1절 탄화수소 고분자 전해질막 개발 23
제2절 코어쉘 전극촉매 제조기술 확보 26
제3절 코어쉘촉매 및 탄화수소계막 기반 EMA 개발 27
제4절 MEA 성능 평가용 분리판 개발 28
제5절 초경량 탄소섬유 분리판 개발 28
제6절 고성능 SOFC 단전지 기술 개발 30
제7절 고내구성 SOFC 단전지 기술 개발 31
제2장 본론 33
제1절 신규 탄화수소계 고분자 합성법 최적화를 통한 균일성 확보 33
1. 페닐렌계 블록형 고분자 합성법 최적화 33
제2절 코어쉘 전극촉매 제조기술 확보 38
1. Palladium 나노입자 제조 38
2. 코어쉘 전극촉매 Scale-up 제조 46
제3절 코어쉘촉매 및 탄화수소계막 기반 MEA 개발 49
제4절 MEA 성능 평가용 분리판 개발 58
제5절 초경량 탄소섬유 분리판 개발 61
1. 초경량 탄소섬유 분리판 제작 61
제6절 고성능 SOFC 단전지 기술 개발 : 전기화학-침투 하이브리드 증착 공정 개발 66
1. 실험 방법 66
2. 전극 미세조직 분석 67
3. 전극 결정 구조 XRD 분석 69
4. 개발 단전지 전기화학 성능 평가 69
5. 100W급 SOFC 스택 제작 및 평가 72
제7절 고내구성 SOFC단전지 기술 개발 72
1. 고내구성 세라믹 접속자 적용 셀 개발 72
2. 단전지 밀봉 접착 기술 개발 74
3. 단전지 내구성 평가 75
제8절 위탁연구 : 건물용 SOFC용 고성능/고내구성 공기극 소재/공정기술 개발 / 이강택 76
1. 작동 온도 76
2. 공기극 먼적비 저항 78
3. 셀 최대 출력 밀도 80
제3장 결론 82
1. 신규 탄화수소계 고분자 합성법 최적화를 통한 균일성 화보 82
2. 코어쉘 전극촉매 제조기술 확보 82
3. 코어쉘촉매 및 탄화수소계막 기반 MEA 개발 82
4. MEA 성능 평가용 분리판 개발 83
5. 초경량 탄소섬유 분리판 개발 83
6. 고성능 SOFC 단전지 개발 84
7. 고내구성 SOFC 단전지 개발 84
〈표 1〉 준비된 MEA 조건과 성능 테스트 결과 요약 52
〈표 2〉 나노 섬유 Lax Sr₁-x CoO₃/GDC 및 기존 LSC/GDC 복합 공기극 SOFC의 전기 화학적 성능[이미지참조] 71
[그림 1] 연구가 진행 중인 탄화수소 고분자 전해질막의 종류 24
[그림 2] 중온 저가습에서 이온전도도를 향상시키기 위한 고분자전해질막의 합성 개념도 25
[그림 3] 이온전도도를 향상시키기 2차년도 전략 25
[그림 4] 이온전도도 향상을 위한 3차년도 전략 25
[그림 5] 코어쉘 형태 전극촉매의 구조 및 성능향상 수준 비교 26
[그림 6] 코어쉘 형태 전극촉매 기술확보 전략 27
[그림 7] 고분자 연료전지 단위전지의 구성 29
[그림 8] SOFC 용 나노 섬유 Lax Sr₁-x CoO₃/GDC 복합 공기극 제조 공정[이미지참조] 31
[그림 9] SOFC 수명과 비용과의 상관관계, Thijssen 32
[그림 10] 친수성 작용기가 보호된 단량체의 합성방법 33
[그림 11] 친수성 작용기가 보호된 단량체의 ¹H NMR 결과 34
[그림 12] 블록형 고분자 합성방법 35
[그림 13] 합성된 고분자의 GPC 결과 35
[그림 14] 합성된 고분자의 ¹H NMR 결과 36
[그림 15] 블록형 고분자 구조의 최적화 36
[그림 16] 대면적 전해질막 37
[그림 17] 페닐렌계 블록형 고분자 전해질막의 이온전도도 37
[그림 18] CO assisted Pd 나노입자 제조 공정 개략도 38
[그림 19] CO assisted Pd 환원과정에 의해 제조된 제조 scale 별 Pd/C 이미지 비교 39
[그림 20] Scale-up 제조된 Pd/C 이미지 및 입자크기 비교 39
[그림 21] Laser Ablation 활용 시스템 개략도 및 제안된 나노입자 생성 메카니즘 40
[그림 22] Laser ablation 시스템 구성 및 반응기 형상 41
[그림 23] Fluence 및 Pulse duration 이 Pd 나노입자 특성에 미치는 영향 42
[그림 24] Burst mode 방식의 레이저 조사에 대한 개념도 43
[그림 25] Laser mode 및 Solvent 가 Pd 나노입자 특성에 미치는 영향 43
[그림 26] Surfactant 가 Pd 및 Pt 나노입자 특성에 미치는 영향 45
[그림 27] 알콜산화법 기반 코어쉘 전극촉매 제조 메카니즘 46
[그림 28] Pd@Pt/C 제조를 위한 다양한 환원제 및 기본물성 비교 46
[그림 29] 알콜산화법 적용 Pd@Pt/C 제조용 Scale-up 반응공정 47
[그림 30] 알콜산화법 기반 Pd@Pt/C 전극촉매에 대한 Scale-up 제조 결과 47
[그림 31] Scale-up 제조된 전극촉매에 대한 전기화학적 특성 분석 48
[그림 32] 코어쉘 촉매 기반 MEA 제조 공정 49
[그림 33] 코어쉘 촉매 기반 MEA의 단위전지 성능 및 저항분석 결과 50
[그림 34] MEA 1, 2의 전기화학적 성능 평가 결과 52
[그림 35] 코어쉘 촉매와 이오노머 비율에 따른 MEA-3, 4의 성능 결과 54
[그림 36] 코어쉘 촉매와 탄화수소 고분자전해질막을 적용한 MEA-5, 6의 성능 결과 55
[그림 37] 코어쉘 촉매와 탄화수소 고분자전해질막을 적용한 MEA-7의 성능 결과 56
[그림 38] MEA 제조 공정 최적화를 위한 공정변수 및 최적화 내용 57
[그림 39] 개발된 MEA의 막 이온전도도 및 ORR 성능 58
[그림 40] 메탈폼을 사용한 단위전지 구성 58
[그림 41] 메탈폼 형상 59
[그림 42] 메탈폼의 코팅 종류와 체결압에 따른 전기 저항 측정 59
[그림 43] 메탈폼의 설계 인자 연관도 및 채결에 따른 특성 최적화 개념 예시도 60
[그림 44] 단위전지 설계 및 제작 결과 60
[그림 45] 단위전지 성능 평가, IV 성능 및 임피던스 측정 결과 61
[그림 46] 산소 플라즈마 후처리 공정을 활용한 탄소섬유 분리판 제작 방법 61
[그림 47] 산소 플라즈마 후처지 공정 후 탄소섬유 분리판 사진 이미지 62
[그림 48] 산소 플라즈마 후처지 공정 후 기체투과도 실험 결과 63
[그림 49] 인장강도 측정 결과 64
[그림 50] 유로가 새겨진 기체확산층 제작 과정 64
[그림 51] 유로가 새겨진 기체확산층의 SEM 이미지 65
[그림 52] CAED 실험 장치 66
[그림 53] (a) 연료극 지지형 SOFC, (b) GDC 스캐폴드에 침적된 Co 나노 입자, (c) CNT 가... 68
[그림 54] CAED로 제작된 (a) LCO/ScCeSZ와 (b) 900℃ 에서 열처리 된 LSC/GDC 복합... 69
[그림 55] CAED로 제작되고 (a) 900 (b) 1000 및 (c) 1100℃ 에서 각각 열처리 된 LCO/GDC... 70
[그림 56] (a) 나노섬유형태의 Lax Sr₁-x CoO₃/GDC와 (b) 종래의 LSC/GDC 복합 공기극을...[이미지참조] 70
[그림 57] (a) 나노 섬유 LSC/GDC와 (b) 기존 LSC/GDC 복합 공기극 SOFC의 전기 화학적... 71
[그림 58] 100W급 SOFC스택 및 I-V 성능 곡선 72
[그림 59] 세라믹 접속자 단면 및 표면과 세라믹접속자 적용 단전지 74
[그림 60] 유리계 밀봉재 적용 단전지 접합 및 최적 열처리 profile 75
[그림 61] 열처리후 단전지/매니폴드 캡 밀봉부 leakage test 75
[그림 62] 장기성능 시험장치에 장착된 평관형 SOFC 단전지 및 1000시간 장기운전 평가 결과 75