저온형 연료전지 전극 개발

소개글

에너지문제와 환경문제로 대체에너지 또는 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이중 한 축을 차지하는 것이 연료전지인데 여러 가지 연료전지의 형태 중 직접 메탄올형 연료전지(DMFC: direct methanol fuel cell)나 고분자전해질 연료전지(PEFC: polymer electrolyte fuel cell)는 멤브레인 재질의 한계로 인해 비교적 저온에서 촉매반응이 수행된다.

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에너지문제와 환경문제로 대체에너지 또는 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이중 한 축을 차지하는 것이 연료전지인데 여러 가지 연료전지의 형태 중 직접 메탄올형 연료전지(DMFC: direct methanol fuel cell)나 고분자전해질 연료전지(PEFC: polymer electrolyte fuel cell)는 멤브레인 재질의 한계로 인해 비교적 저온에서 촉매반응이 수행된다.

모든 반응이 그렇듯 높은 온도에서는 반응이 순조롭게 잘 진행된다. 하지만 고온에서 진행되는 반응은 사용되는 고분자의 열적 안정성, 전해질의 내열특성 등의 부차적인 이유로 쉽지 않으며 그 결과 저온에서 촉매를 사용한 반응을 시도하고 있다. 하지만 저온에서 활성이 좋은 촉매는 Pt 등 귀금속이며 학계와 산업계 모두 귀금속을 대체할 수 있는 대체금속 촉매들을 찾는데 주안을 두고 있다.

일반적으로 촉매의 활성물질로 사용할 수 있는 금속은 다양한 물질과 상호작용을 할 수 있으면서도 흡착세기가 너무 강하거나 너무 약하지 않아야 한다. 그러므로 금속자체를 촉매로서 사용할 수 있는 원소는 철, 니켈, 코발트, 구리, 귀금속 등으로 그 종류가 제한되어 있다. 이러한 연구의 결과 귀금속 촉매에서 일어나는 촉매작용이 상대적으로 경제적인 전이금속 탄화물에서도 일어나는 것으로 밝혀졌다. 몰리브데늄을 탄화하여 촉매로 사용했을 때 에탄의 수첨분해반응 활성이 증가한다는 사실을 보고된 바다.

몰리브데늄은 강한 화학흡착성질로 인하여 그 자체를 촉매로 사용하기 위한 응용범위가 넓지 않다. 그러나, 탄화나 질화를 통해 탄소나 질소원자가 전이금속의 격자에 도입되면 격자간의 간격이 증가하고 늘어난 격자간 거리는 최외각 d-band를 수축시켜 촉매활성이 증가하는 것으로 밝혀졌다.

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