일반기술

무수 금속 염화물을 사용한 직접 메탄올 연료전지용 백금 합금 전극촉매의 제조방법

비수용액 상에서 직접 메탄올 연료전지용 전극촉매를 제조하는 콜로이드 방법에 있어서, 질소 분위기하에 수불혼화성 유기용매 중에서 염화백금 및 비수용성 제2금속 염화물을 수소화붕소리튬(LiBH4)으로 환원시켜 콜로이드 상의 백금 합금 나노 입자를 형성한 후, 백금 합금 입자를 열처리 없이 건조시켜 직접 메탄올 연료전지용 백금 합금 전극촉매의 제조기술로 다음과 같은 단계를 취한다.1) 염화백금과 비수용성 제2금속 염화물을 백금과 제2금속(전이금속 계열, 염화추테늄 또는 염화몰리브덴)이 1-2:1의 원자 비율의 양으로 수불혼화성 용매(THF, ACN, 피리딘, DMF)에 첨가하여 부분적 가열과 격렬한 교반으로 용해시킨다.2) 위의 결과물에 수불혼화성 용매 중의 0.01-0.5몰 수소화붕소리튬(LiBH4)용액을 첨가해 콜로이드상의 백금 합금 나노 입자를 형성한다. 용매를 제거하여 백금 합금 입자를 분리한 다음, 기존의 열처리 대신에, 분리된 입자를 벤젠 및 증류수의 혼합용매에 분산시킨 후 동결 건조시킴으로써 분말상의 백금 합금 입자를 제조한다직접 메탄올 연료전지는 메탄올의 산화시 부산물로서 일산화탄소(CO)를 발생시켜 연료전지의 전극 촉매로서 사용된 백금에 대해 피독(poisoning)현상을 일으켜 메탄올 산화반응의 성능저하 문제가 있어 이를 해결하기 위해, 환원제를 사용하여 나노 입자를 만드는 침전법이 있으나 이는 물에 잘 녹는 금속 염화물만 사용해야 하는 한계를 갖고, 비수용성 금속 염화물 사용 시 카본과 함께 물에 분산시켜 사용하는 방법이 있으나 이는 고온 열처리로 입자 크기의 증가를 가져와 불균일 분포를 갖는다. 한편, 수용액상에서 직접 메탄올 연료전지용 전극촉매 제조하는 콜로이드 방법은 환원제의 종류와 각 과정의 pH조절과 열처리의 단점을 갖고, 비수용액상에서 직접 메탄올 연료전지용 전극촉매 제조하는 콜로이드 방법도 있으나 공정이 복잡하고 필수적 열처리공정에 의해 입자 크기가 다소 증가하는 한계를 갖는다. 따라서 수불혼화성 유기용매와 수소화붕소리튬(LiBH4)환원제를 이용하여 열처리 없이도 염화백금과 비수용성 제2금속 염화물로부터 입자 크기가 최소화된 직접 메탄올 연료전지용 백금 합금 전극촉매를 제조하였다.위의 방법으로 좁은 크기 분포와 2nm 이하의 평균 크기를 갖는 백금 합금 입자를 기존에 비해 훨씬 간편하게 제조할 수 있으며, 백금 합금 입자는 무공해 에너지원인 직접 메탄올 연료전지의 양질의 전극 촉매로서 사용되어 메탄올 산화반응의 성능 향상을 가져올 수 있다