일반기술

다공성 나노 탄소 구형 지지체 및 이에 담지된 백금/루테늄합금 직접메탄올 연료전지용 전극촉매 및 이의 제조방법

본 발명은 다공성 나노 탄소 구형 지지체에 담지된 Pt/Ru합금 직접메탄올 연료전지용 전극촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 통상의 방법을 통하여 얻어진 다공성 나노 탄소 구형 입자를, 알곤 기류하에서 고온 열처리 한 후 증류수에 분산 시키고 초음파처리 후 원심분리하고 100℃에서 진공건조 하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 방법을 통하여 고온 열처리하여 전도도가 향상된 고 표면적의 다공성 나노 탄소 구형 지지체에 입자크기가 최소화된 Pt/Ru합금 나노입자를 고분산 시켜 성능이 월등히 향상된 신규 직접메탄올 연료전지용 전극촉매를 대량으로 손쉽게 제조 할 수 있게 되었다.*연료전지는 보통전지와는 달리 전지의 교환이나 충전이 불필요하고 대신, 수소나 메탄올등의 연료를 공급하여 연소시의 화학에너지를 전기에너지를 변환시켜주는 장치이다. 연료전지의 장점은 고효율(에너지 변환 효율 ∼60%), 무공해 에너지원으로서 다양한 연료의 사용가능, 적은 입지면적 및 짧은 건설기간 등의 장점으로 휴대기기 등의 이동용 전원, 자동차등의 수송용 전원, 가정용 및 전력사업용으로 이용 가능한 분산형 발전에 이르기까지 다양한 응용분야가 가능한데, 특히, 차세대 운송장치인 연료전지 자동차의 운영이 다양하게 실용화될 경우, 그 잠재 시장규모는 엄청날 것으로 예상된다.연료전지는 작동되는 온도와 전해질에 따라 크게 5가지로 대별되며 이들은 AFC (알칼리 연료전지), PAFC (인산형 연료전지), MCFC (용융탄산염형 연료전지), SOFC (고체산화물 연료전지), PEMFC (고분자전해질 연료전지), 및 DMFC(직접 메탄올 연료전지)가 있다. 그중 1951년 Kordesh 와 Marko(Oesterr. Chem. Ztg., 1951, 52, 125.)에 의해 처음으로 개발된 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)는 메탄올을 직접 반응시켜 발전하는 방법으로 연료개질기가 필요 없어 소형 휴대용 전자장비의 전원으로 적합하다.현재 상용화되어있는 대부분의 직접메탄올연료전지(DMFC)용 전극 촉매는 백금이온의 수용액 즉 Na6[Pt(SO3)4] 과 RuCl3를 각각 과산화수소수를 이용하여 산화 한 후 수소를 통과시켜 환원시켜 만드는 Watanabe 공정을 사용하여 제조되고 있다(Watanabe, M. et al. J. Electroanal. Chem., 1987, 229, 395). 그리고 근래에는 이 위의 공정으로 제조된 금속산화물을 탄소 지지체(Vulcan XC-72R, Cabot Corp.)에 담지시킨 후 300oC의 고온의 수소를 통과시켜 제조하는 개량된 방법을 주로 사용하고 있다(E-TEK DMFC 촉매, Radmilovic V. et al. J. Catal. 1995, 154, 98.). 그러나 탄소 지지체에 담지된 금속산화물을 환원시키기 위해서는 300oC의 고온의 수소를 통과시켜 제조하는 환원 소성과정을 필수적으로 거쳐야 하므로 에너지소모 및 소성과정 중 금속입자 끼리 서로 뭉쳐서 입자크기가 중가하는 동시에 입자의 크기 분포 또한 불균일하여 진다는 단점이 있다.본 발명의 방법을 통하여 고온 열처리하여 전도도가 향상된 고 표면적의 가송성 나노 탄소 구형 지지체에 입자크기가 최소화된 Pt/Ru합금 나노입자를 고분산시켜 성능이 월등히 향상된 신규 직접메탄올 연료전지용 전극촉매를 대량으로 손쉽게 제조할 수 있게 되었다.-고성능 직접메탄올 연료전지용 전극촉매를 대량생산법 확립-소재 공정개발기술 확보 측면에서 국가차원의 선도기술 획득