요약
고체산화물 연료전지는 다양한 자원을 연료로 사용할 수 있는 친환경 발전 소자입니다. 그러나 기존 Ni 기반 연료극은 탄화수소계 연료 사용 시 탄소 침착 문제로 열화가 발생합니다. 이를 해결하기 위해 구리 기반 연료극이 주목받고 있습니다. 구리는 탄소와의 반응성이 낮아 탄소 침착 문제를 해소할 수 있지만, 고온에서의 열 안정성이 취약하여 촉매활성이 저하됩니다. 본 발명은 La, Sr, Fe, Cu, Ti를 포함한 페로브스카이트 산화물을 이용해 고온에서도 안정적인 촉매를 제공하며, 다양한 실험 결과 탄화수소계 연료전지에 적용할 수 있음을 확인했습니다.
기본 정보
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특허명: 페로브스카이트 구조 산화물,이의 제조방법 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지의 연료극
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발명자: 명재하 교수
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출원번호: 10-2021-0057346
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등록번호: 10-2633206
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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고체산화물 연료전지는 다양한 자원을 연료로 사용할 수 있는 친환경 발전 소자임. 그러나 기존의 Ni 기반 연료극은 탄화수소계 연료를 사용할 때 탄소 침착 문제로 인해 열화가 발생하는 문제가 있음.
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이를 해결하기 위해 구리 기반 연료극이 주목받고 있음. 구리는 탄소와의 반응성이 낮아 탄소 침착 문제를 해소할 수 있지만, 고온에서의 열 안정성이 취약하여 촉매활성이 저하됨.
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최근에는 페로브스카이트 구조 산화물에 금속 나노 입자를 도입하는 방법이 연구되고 있으나, 구리의 낮은 촉매반응성으로 인해 성능이 낮다는 문제가 있음.
기술의 필요성
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페로브스카이트 구조 산화물은 고온에서 응집현상 및 탄소 침착을 억제할 수 있는 특성을 지님.
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본 발명은 구리 기반의 나노 합금 입자 촉매를 개발하여 기존 문제를 해결하고, 고온에서도 안정적인 촉매를 제공하고자 함.
구현방법
기술의 원리
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본 발명은 La, Sr, Fe, Cu, Ti를 포함하는 페로브스카이트 구조 산화물을 사용함. 이 산화물은 특정 화학식을 따름.
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이 페로브스카이트 구조 산화물은 고온 환원 분위기에서 고정형 금속 나노 입자를 형성할 수 있음.
구체적인 구현 방법
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출발물질을 혼합한 후 용매를 제거하고, 가소결 및 최종 소결 단계를 거쳐 페로브스카이트 구조 산화물을 제조함.
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수득된 파우더를 프레싱하여 펠렛으로 제작하고, 일정 온도에서 소결하여 최종 산화물을 얻음.
기술의 장점
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Fe와 Cu의 도핑량을 조절하여 용출되는 나노 입자의 구조를 제어할 수 있음.
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고온에서 안정적으로 응집 없이 나노 금속 입자를 용출할 수 있으며, 나노 입자의 크기를 예측 가능함.
실험 및 결과
실험의 목적
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본 발명의 페로브스카이트 구조 산화물의 성능을 검증하기 위해 다양한 실험을 실시함.
실험 방법 및 과정
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고온 환원 분위기에서 다양한 조건 하에 나노 입자의 용출을 관찰하고, XRD 및 SEM 분석을 통해 구조와 특성을 확인함.
실험 결과
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다양한 구조의 나노 입자가 형성됨을 확인함. 특히 Fe와 Cu의 비율에 따른 서로 다른 구조를 가짐.
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탄소피독 저항성이 높아 탄화수소계 연료전지에 적용할 수 있음을 확인함.
활용 방안
활용 방안
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본 발명의 페로브스카이트 구조 산화물은 고체산화물 연료전지의 연료극으로 사용 가능함.
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나아가 다양한 에너지 변환 소자 및 촉매 시스템에 적용될 수 있음.
기대효과
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고온에서도 안정적으로 작동하는 촉매를 제공하여 기존 Ni 기반 연료극의 문제를 해결함.
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연료전지의 효율성을 높여 다양한 친환경 에너지 자원의 활용도를 증대시킬 수 있음.
시장 동향
고체산화물 연료전지 시장 동향
페로브스카이트 구조 산화물 시장 동향
친환경 에너지 변환 소자 산업 동향
탄화수소계 연료전지 응용 분야
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