[표지] 1
제출문 2
요약문 3
SUMMARY 6
CONTENTS 9
목차 11
제1장 서론 16
제1절 개요 16
1. 기술의 개요 16
2. 기술 개발의 주요 내용 27
제2절 기술 개발의 필요성과 타당성 28
1. 연구 개발의 필요성과 타당성 28
제3절 연구 목표 및 연구 내용 31
1. 연구 목표 31
2. 연구 내용 31
제2장 본론 32
제1절 실험 방법 32
1. 막/전극 접합체(MEA) 32
2. 메탄올/물 전해 성능 평가 35
제2절 연구 결과 40
1. 메탄올/물 전해용 연료극 촉매의 제조 40
2. 메탄올/물 전해용 고분자 멤브레인의 제조 42
3. 단위전지의 메탄올 농도 및 운전 온도에 따른 성능 특성 47
4. 단위전지의 멤브레인 종류에 따른 성능 특성 51
5. 단위전지의 연료극 촉매 종류에 따른 성능 특성 54
6. 단위전지의 전류에 따른 전압과 수소 생산 에너지 소비량 56
7. 소형 스택의 전류에 따른 전압과 수소 생산 에너지 소비량 64
제3장 결론 67
참고문헌 69
[뒷표지] 71
〈표 1-1〉 CO₂ 배출량 비교(electrolyzer, coal to H₂, methanol) 18
〈표 1-2〉 수전해와 메탄올 전해 반응의 이론 전압과 소비 전력의 비교표 20
〈표 1-3〉 수전해, 메탄올, sulfur 전해 시스템의 수소 생산량 비교표 26
〈표 1-4〉 메탄올/물 전해 시스템의 지역별 수소 생산량 비교표 26
〈표 1-5〉 수소경제 활성화 로드맵의 수소 생산 구성 및 공급 목표 29
〈표 1-6〉 KIER 중장기 발전 계획 2025의 전략 목표 30
〈표 2-1〉 5셀 소형 스택의 주요 사양 36
〈표 2-2〉 단위전지 및 소형 스택 성능 평가 장치의 주요 구성품과 사양 38
〈표 2-3〉 촉매용 카본 담지체의 물성 40
〈표 2-4〉 메탄올/물 전해용 촉매의 XRD 특성과 결정 크기 41
〈표 2-5〉 primer 종류에 따른 pore-filling membrane의 이온선택성과 막저항 46
〈표 2-6〉 단위전지의 운전 온도에 따른 전해셀의 전압 51
〈표 2-7〉 단위전지의 전류에 따른 전압과 부피당 수소 생산 에너지 소비량의 변화 57
〈표 2-8〉 단위전지의 전류에 따른 전압과 중량당 수소 생산 에너지 소비량의 변화 63
[그림 1-1] 압축 및 액화 수소, 알코올 및 탄화수소계 연료의 에너지 밀도 비교 17
[그림 1-2] 메탄올/물 전해와 수전해의 전기화학적 반응의 셀 전압 비교 19
[그림 1-3] 메탄올/물 전해에 의한 수소 생산 반응 개념도 20
[그림 1-4] DMFC(a), 메탄올/물 전해셀(b) 및 수전해 셀(c)의 전기화학적 반응 개념도 22
[그림 1-5] 수전해와 메탄올/물 전해셀의 전압과 전류 곡선의 비교 23
[그림 1-6] Off grid PV/Battery/메탄올-물 전해 hybrid 시스템의 구성도 24
[그림 1-7] 수소 생산용 재생에너지 연계 메탄올/물 전해 시스템의 개념도 25
[그림 2-1] 메탄올/물 전해용 촉매 슬러리 제조 공정 33
[그림 2-2] 메탄올/물 전해용 촉매 슬러리의 코팅 공정 개념도 33
[그림 2-3] 바코터(Bar coating machine)를 이용한 촉매 슬러리의 코팅 공정 34
[그림 2-4] MEA 성능평가용 단위전지 35
[그림 2-5] 제작한 MEA의 스택 성능 평가용 5셀 소형 스택 및 분리판 36
[그림 2-6] 단위전지 및 소형 스택의 성능 평가 장치의 사진 37
[그림 2-7] 성능 평가 장치에 설치한 단위전지 및 소형 스택의 사진 39
[그림 2-8] 단위전지 및 소형 스택의 성능 평가 장치의 구성도 40
[그림 2-9] 메탄올/물 전해용 촉매의 XRD patterns 41
[그림 2-10] 메탄올/물 전해용 촉매의 TEM 사진 42
[그림 2-11] 다공성 ePTFE 분리막의 contact angle 43
[그림 2-12] 다공성 ePTFE 분리막의 Nafion 용액 filling 처리 43
[그림 2-13] 다공성 ePTFE 분리막의 Nafion 용액 filling 처리 공정 44
[그림 2-14] Primer로 표면 처리한 ePTFE의 wetting 및 filling 특성 44
[그림 2-15] Primer(Permabond POP, AXIS 1502) 표면 처리 ePTFE 및... 45
[그림 2-16] 이온선택성과 막저항 측정 셀 46
[그림 2-17] 단위전지의 메탄올 농도에 따른 전류-전압 곡선 47
[그림 2-18] 단위전지의 메탄올 농도에 따른 수소 생산량의 변화 48
[그림 2-19] 단위전지의 메탄올 농도에 따른 이산화탄소 발생량의 변화 49
[그림 2-20] 단위전지의 운전 온도에 따른 전압 변화 50
[그림 2-21] 단위전지의 멤브레인 종류에 따른 전압 변화 52
[그림 2-22] 단위전지의 멤브레인 종류에 따른 수소 생산량 변화 53
[그림 2-23] 다양한 멤브레인을 사용한 단위전지의 운전시간에 따른 전압 변화 54
[그림 2-24] 단위전지의 촉매 종류에 따른 전압 변화 55
[그림 2-25] 단위전지의 촉매 종류에 따른 수소 생산량의 변화 56
[그림 2-26] 단위전지의 전류에 따른 전압과 부피당 수소 생산 에너지 소비량의 변화 57
[그림 2-27] 단위전지의 전류에 따른 전압과 중량당 수소 생산 에너지 소비량의 변화 58
[그림 2-28] 단위전지의 전류에 따른 에너지 변환 효율의 변화 59
[그림 2-29] 전해셀의 전류 밀도와 중량당 수소 생산 에너지 소비량의 문헌 수치와 비교... 60
[그림 2-30] 단위전지 전해셀의 운전 시간에 따른 전압의 변화 64
[그림 2-31] 5셀 소형 스택의 전류 밀도에 따른 스택 전압의 변화 65
[그림 2-32] 5셀 소형 스택의 전류에 따른 부피당 수소 생산 에너지 소비량의 변화 65
[그림 2-33] 5셀 소형 스택의 운전 시간에 따른 전압의 변화 66