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2023년 12월 18일 (월) 00:26 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 연료전지에서 촉매를 올린 카본전극에 질소를 도핑하여 전류밀도 향상

영문 : The higher current density with ceria on N-doped carbon for fuel cell

과제 팀명

라스트댄스

지도교수

이두환 교수님

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 2018340049 홍승희(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 2016340045 조형창

서울시립대학교 화학공학과 2018340040 전해진

서울시립대학교 화학공학과 2018340050 홍현수

서울시립대학교 화학공학과 2019340036 이세형

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 수소연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 기술의 성숙도가 높고 자동차 산업용으로 큰 기대를 모으고 있지만 수소 인프라 확대, 고분자 전해질막 내구성, 백금(Pt)촉매의 비싼 가격 등이 해결 과제로 남아있다.

◇ 수소연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 기체인 산소와 수소의 전기화학 반응을 이용하기 때문에 백금(Pt)촉매의 사용이 요구되고 PEMFC에 사용되는 백금(Pt)촉매 활성화에 도움을 주는 다른 촉매를 전극에 올리면 백금(Pt)촉매의 효율을 높여 사용량을 줄일 수 있다.

◇ Pt활성화에 도움을 준다고 알려진 CeO2를 전극에 올리면 전도성이 감소하여 낮은 전류밀도를 얻는다는 단점이 있다.

◇ 수소연료전지 전극에 다른 촉매와 CeO2를 올려 백금촉매 활성과 전도성 증가 효과가 동시에 가능하다면 더 저렴한 가격으로 좋은 성능의 수소연료전지 보급이 가능할 것이다.

◇ VRFB와 PEMFC의 구조적 유사성을 이용하여 VRFB 전해질을 이용하여 촉매를 올린 카본전극의 전류밀도를 측정하고 실제 연료전지에 적용이 가능한지 연구해본다.

개발 과제의 배경

◇ 수소연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 기술의 성숙도가 높고 자동차 산업용으로 큰 기대를 모으고 있지만 수소 인프라 확대, 고분자 전해질막 내구성, 백금(Pt)촉매의 비싼 가격 등이 해결 과제로 남아있다.

◇ 백금 사용량의 저감이나 백금 효율성 증가를 위해 비백금계 촉매 개발, 촉매의 나노 구조 조정을 통한 활성 증대 등 기술 연구가 계속해서 진행되고 있다.

◇ VRFB(Vanadium Redox Flow Battery)등 카본 전극을 사용하는 배터리에서 전극의 전기전도성을 높이기 위해 질소, 산소 등의 다른 원소들을 도핑하는 연구도 활발하게 진행된 상태이다.

◇ 수소연료전지 전극에 촉매를 올려 백금촉매 활성과 전도성 증가 효과가 동시에 가능하다면 더 저렴한 가격으로 좋은 성능의 수소연료전지 보급이 가능할 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

최종 목표

◇ CeO2 촉매를 올린 카본 전극의 전류밀도 향상 연구

세부 목표

◇ VRFB와 PEMFC의 공통점과 차이점을 분석하고 관련 연구들을 조사해보면서 전기화학반응의 원리에 대하여 분석한다.

◇ CeO2를 전극에 올릴 경우 카본전극에서의 전기화학적 반응이 어떻게 변화하는지 관련 연구들을 조사해 분석해본다.

◇ 카본 전극에 다른 원소를 도핑할 경우 전극의 전도성과 관련된 연구를 조사해보고 원리에 대하여 분석한다.

◇ VRFB와 PEMFC의 구조적 유사성을 이용하여 VRFB 전해질을 이용하여 카본의 전류밀도를 측정하고 실제 연료전지에 적용이 가능한지 연구해본다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 배경====
-내용
+◇ 수소연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 기술의 성숙도가 높고 자동차 산업용으로 큰 기대를 모으고 있지만 수소 인프라 확대, 고분자 전해질막 내구성, 백금(Pt)촉매의 비싼 가격 등이 해결 과제로 남아있다.
+◇ 백금 사용량의 저감이나 백금 효율성 증가를 위해 비백금계 촉매 개발, 촉매의 나노 구조 조정을 통한 활성 증대 등 기술 연구가 계속해서 진행되고 있다.
+◇ VRFB(Vanadium Redox Flow Battery)등 카본 전극을 사용하는 배터리에서 전극의 전기전도성을 높이기 위해 질소, 산소 등의 다른 원소들을 도핑하는 연구도 활발하게 진행된 상태이다.
+◇ 수소연료전지 전극에 촉매를 올려 백금촉매 활성과 전도성 증가 효과가 동시에 가능하다면 더 저렴한 가격으로 좋은 성능의 수소연료전지 보급이 가능할 것이다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+'''최종 목표'''
+◇ CeO2 촉매를 올린 카본 전극의 전류밀도 향상 연구
+'''세부 목표'''
+◇ VRFB와 PEMFC의 공통점과 차이점을 분석하고 관련 연구들을 조사해보면서 전기화학반응의 원리에 대하여 분석한다.
+◇ CeO2를 전극에 올릴 경우 카본전극에서의 전기화학적 반응이 어떻게 변화하는지 관련 연구들을 조사해 분석해본다.
+◇ 카본 전극에 다른 원소를 도핑할 경우 전극의 전도성과 관련된 연구를 조사해보고 원리에 대하여 분석한다.
+◇ VRFB와 PEMFC의 구조적 유사성을 이용하여 VRFB 전해질을 이용하여 카본의 전류밀도를 측정하고 실제 연료전지에 적용이 가능한지 연구해본다.
 ===관련 기술의 현황===