고체 중합체 라이트닝 바카라 전지를위한 고성능 촉매 개발

에너지 기술 연구 부서, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST")의 에너지 기술 연구 부서를 기반으로합니다소프트 폴리머 라이트닝 바카라 전지8464_8486 중 | 가정용 라이트닝 바카라 전지로서, 그것은 매우 기대됩니다개혁 가스 라이트닝 바카라 전지고성능과 관련하여 비용 절감과 내구성 증가의 열쇠를 보유하고 있습니다라이트닝 바카라 전극촉매성공적으로 개발되었습니다

가정용 라이트닝 바카라 전지에서, 도시 가스와 같은 라이트닝 바카라는 라이트닝 바카라 개혁자를 사용하여 일시적으로 수소로 변환되며, 이는 전기를 생성하기 위해 라이트닝 바카라 전지로 보내집니다 하지만수정 가스부산물 인 일산화탄소 (CO)는 불순물로서 (수소)에 혼합되며,이 농도는 숫자입니다ppm(숫자/10,000%) 이상, 백금, 라이트닝 바카라 전극 촉매에 매우 유해한 영향을 미치며 라이트닝 바카라 전지 성능이 크게 줄어 듭니다 지금까지 CO 저항은 라이트닝 바카라 전지의 대응책으로 달성되었습니다Platinum/Ruthenium합금 촉매가 사용되었지만 비싸지 만 동일한 촉매는 25 ppm 이상의 CO 오염을 수용 할 수 없었습니다

이번에 개발 된 촉매는 백금 보조 촉매입니다유기 금속 복합체를 사용하며 기존의 실제 촉매보다 성능이 상당히 우수하다는 이점이 있습니다 이 촉매를 생성하는 방법은 백금 화합물을 공동 촉매 인 유기 금속 복합체와 혼합하고 탄소 입자에서지지하는 동안이를 증기하여 안정적인 물질을 얻음으로써 생성된다

[그림]은 순수한 수소의 경우 100으로 라이트닝 바카라 전지의 작동 조건 하에서 CO를 함유 한 수소 가스가 사용될 때 추출 될 수있는 현재 값을 보여준다 이 촉매는 100 ppm 이상의 CO 저항성을 가지고 있지만, 이것은 세계 최초의 CO 저항력을 갖춘 최초의 촉매이며,이 촉매가 실질적으로 사용되면 라이트닝 바카라 개혁자에게 엄격한 성능 표준을 완화하여 CO 감소를 줄이고 개혁 자체에 대한 비용을 줄이는 데 도움이 될 것입니다

앞으로, 우리는 유기 금속 복합체를 사용하여 촉매의 작용 메커니즘을 명확히 할 계획이며, 청정 에너지가 될 것으로 예상되는 가정용 라이트닝 바카라 전지의 실제 적용에 기여하기 위해 추가 조사 및 개선이 수행 될 것입니다

이 연구 개발의 결과는 "소프트 폴리머 분자 라이트닝 바카라 전지 시스템 개발 (2000-2004)" "새로운 에너지 및 산업 기술 개발 기관 (Makino Tsukasa 회장) (이하"NEDO 기술 개발 조직 ")을 통해 얻어졌습니다 이 성과는 그리스에서 개최 된 국제 전기 화학 학회 (9 월 14-24 일)에서 발표 될 것입니다

그림 개발 된 촉매 PTVO (살렌)/c, pt-ni (mqph)/c 및 실용적인 촉매 PT-RU/C 및 PT/C와의 성능 비교 CO를 함유하는 수소 라이트닝 바카라의 전류 값은 순수한 수소 라이트닝 바카라로부터의 강하 속도로 표시된다

새로운 "발전 장치"라이트닝 바카라 전지는 기존의 내연 기관보다 더 조용하고 이산화탄소 (CO₂10511_10610

라이트닝 바카라 전지에서, 수소를 라이트닝 바카라 전극 및 공기 전극으로 산소 (공기)로 도입함으로써, 수소와 산소를 결합하여 물을 형성하는 반응의 화학적 에너지는 효율적으로 전기로 전환 될 수있다

정상 가정용 라이트닝 바카라 전지는 도시 가스와 같은 라이트닝 바카라에서 수소가 생산되는 방법을 사용한 다음이 수소는 전기를 생성하기 위해 라이트닝 바카라 전지로 보내집니다 (이는 개질 가스 라이트닝 바카라 전지라고 함)

그러나, 도시 가스에서 수소가 생산 될 때, 소량의 일산화탄소 (CO)가 생성되는데, 이는 백금에 매우 유해한 영향을 미치며, 라이트닝 바카라 전극 (촉매 중독 현상이라고 함)에 사용됩니다 라이트닝 바카라 전지의 성능에서 상당한 저항을 유발하는 이러한 중독 현상을 처리하기 위해, CO에 대한 저항성이 우수한 촉매 물질은 필수적이지만 과거에는 백금-루테늄 합금 촉매와 같은 고가의 재료 만 효과적입니다 Ruthenium은 백금보다 드문 금속이며 자원 제약 (및 비용)이 문제입니다 더욱이, 백금-루테늄 합금 촉매제에서도 CO 중독 저항에 대한 실질적인 한계는 25 ppm의 순서에 있으며, 라이트닝 바카라 전지가 시작될 때 라이트닝 바카라 개혁자에서 나오는 수소에서 높은 CO 농도 (100 ppm 이상)를 견딜 수없는 문제였습니다

이러한 이유로, 백금-루테늄 합금 촉매보다 큰 성능을 가진 촉매제가 필요하며, 전 세계의 연구자들은 지난 20 년 동안이를 찾고 있었지만이를 달성 할 수 없었습니다

AIST는 지난 10 년간 고체 중합체 라이트닝 바카라 전지에 대한 연구를 진행해 왔으며 재료 및 시스템 구성 방법의 물리적 특성을 연구 할 수있는 잠재력을 축적했습니다 특히, 설계 및 합성이 쉬운 유기 금속 복합체를 사용함으로써, 우리는 기존의 촉매를 대체하는 고성능 촉매를 지속적으로 개발하고 있으며이 분야의 일본과 해외에서 조직을 이끌고있는 기록을 가지고 있습니다 이번에 성공적으로 개발 된 촉매는 AIST의 고유 한 기술을 통해 개발되었으며,이 기술은 백금 화합물과 공동 감염제 인 유기 금속 복합체를 통해 불활성 가스의 전기 용광로에서 가열 처리하기 위해 원료로 사용되었습니다

또한,이 연구 개발의 결과는 NEDO 기술 개발 기관이 계약 한 "소프트 폴리머 분자 라이트닝 바카라 전지 시스템 기술 개발 (2000-2004)을 통해 얻어졌다

이번에는 원료로 사용되는 복합체살렌또는mqph에 대한 약어라고 불리는 분자 형태의 간단한 화합물입니다 이들 화합물을 다양한 금속 염과 반응시킴으로써 유기농 복합체를 합성 하였다 니켈, 철, 바나듐 및 기타 중앙 금속이 선택되었습니다

촉매를 제조 할 때, 용액에서 백금 및 유기 금속 복합체의 원료로서 작용하는 화합물을 혼합하여 얻은 증기 상태의 혼합 된 촉매는 탄소 분말 지지대에이를지지하고, 건조시키고, 새로운 혼합 촉매를 합성하여 효과적인 것으로 밝혀졌다

라이트닝 바카라 전지의 성분 인 막/전극 조립품에서 70 ° C반 셀 테스트를 수행 한 결과, 우리는 100 ppm의 CO 중독 저항성을 갖는 촉매를 성공적으로 개발했으며, 이는 백금-루테늄 합금 촉매의 성능보다 훨씬 우수합니다 (특허 보류)

원료로서 유기 금속 복합체를 사용하는 장점은 원자재 가격이 합금 촉매에 비해 상당히 감소 될 수 있으며, 분자 설계의 높은 수준으로 인해 촉매 검색 범위가 압도적으로 넓으며, 고성능 촉매의 개발이 미래에 계속 가능할 것으로 예상된다

이 촉매의 내구성에 관한 예비 시험에서, 성능은 순수한 수소를 사용하여 100 시간 동안 연속적인 작동 동안 기존의 백금-루테늄 합금 촉매의 성능과 동일한 방식으로 유지되었고, 유기 금속 복합체의 사용으로 인해 내구성의 감소가 관찰되지 않았다 우리는 실질적인 사용 문제를 해결하기 위해 향후 전체 규모의 내구성 테스트를 계속 수행 할 계획입니다

촉매의 생산 비용 감소와 관련하여, 루테늄의 사용과 백금 사용의 감소는 이전 모델의 1/3 미만으로 감소 될 수 있지만, CO 감소를위한 라이트닝 바카라 개혁자의 성능 표준이 훨씬 더 완화되어 전체 시스템의 상당한 비용 감소가 가능할 것으로 예상된다

이 촉매의 작용 메커니즘은 백금-루테늄 합금 촉매와 같은 기존의 촉매를 크게 초과했으며 현재 상세하게 설명하는 과정에있다 하나의 가설은 유기 금속 복합체가 열처리 동안 백금과 복합체를 형성하여 백금의 전자 상태를 변화 시켰다는 것이다 이것이 올바른 경우, 그것은 기존의 백금-루테늄 합금 촉매에서 CO 중독 회피 메커니즘을 대체하는 새로운 작용 메커니즘의 발견으로 이어질 것이며, 미래의 기본 연구가 이것을 명확하게 할 수 있기를 희망합니다

유기 금속 복합체를 원료로 사용하는 AIST에 의해 수행 된 촉매 제조 기술의 결과는 라이트닝 바카라 전지에 필수적인 저렴하고 대량 생산이 가능하다는 점에 주목할 만하다 또한, 유기 금속 복합체와의 조합 된 확대 변화는 새로운 촉매 검색을 크게 향상시킬 것이다

가계 라이트닝 바카라 전지는 미래의 사람들의 삶에 "에너지 절약 발전 발전"및 "환경 영향을 줄이기위한 기술"으로서 필수 불가결하게 될 것이지만, 이제는 높은 재료 비용 및 내구성과 같이 사용하기 전에 극복해야 할 많은 도전에 직면 해 있습니다 AIST의 촉매 기술의 결과는 라이트닝 바카라 전지의 재료 기술 혁신을 향한 주요 단계가 될 것으로 예상됩니다

앞으로, 우리는 고성능 라이트닝 바카라 전극 촉매의 데모 테스트를 수행하고, 가계 라이트닝 바카라 전지의 확산을 촉진하기 위해 기술을 전달하고, 더 저렴하고 우수한 성능 촉매를 찾는 것을 촉진 할 계획입니다

◆ 고체 폴리머 라이트닝 바카라 전지

라이트닝 바카라 전지에는 전기가 흐르는 경로가 있으며이를 전해질이라고합니다 이 전해질은 고체 중합체 라이트닝 바카라 전지라고 불리는 중합체 물질로 만들어졌으며, 작동 온도는 80-90 ° C에서 낮아서 에너지 밀도가 높으므로 인기있는 전기 자동차 및 가정 전원이됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 개혁 가스 라이트닝 바카라 전지

정상적인 라이트닝 바카라 전지 수소 가스를 전기를 생산하기 위해 라이트닝 바카라로 사용합니다 예를 들어, 전기 자동차의 경우 고압 수소 탱크가 자동차에로드되고 2H가 라이트닝 바카라 전지 안에 설치됩니다₂+ O₂→ 2H₂o의 반응으로 얻은 에너지는 전기로 변환되며, 이는 모터를 유발합니다
반면에, 가정용 라이트닝 바카라 전지에서는 인프라에서 라이트닝 바카라로 개발 된 도시 가스 (메탄)를 사용하는 것이 유리하지만 고체 중합체 라이트닝 바카라 전지에서는 메탄을 사용하여 직접 전기를 생성 할 수는 없습니다 따라서 수소는 메탄으로부터 생산되며 발전 (라이트닝 바카라 개혁이라고 함)에 사용됩니다 이것을 개혁 가스 라이트닝 바카라 전지라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 경매 전극, 공기 전극

라이트닝 바카라 전지는 수소 및 산소 (공기)와 같은 가스의 반응 에너지를 전기로 변환합니다 이 경우, 수소와 산소가 단순히 혼합되면 화상을 입히고 (폭발) 많은 에너지를 생산하지 않습니다 산화 반응 및 환원 반응을 분리하기 위해 수소 정화 면적 (라이트닝 바카라 전극) 및 공기 정립 영역 (공기 전극)을 분리하는 것이 특징입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 촉매

소량으로 존재하고 그 자체로 소비되지 않은 물질은 화학 반응에 참여하여 속도를 높이고 반응 선택성을 변화시킬 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 개혁 가스

가정용 라이트닝 바카라 전지에 일반적으로 사용되는 개질 가스는 라이트닝 바카라 개혁자의 도시 가스와 같은 라이트닝 바카라로부터 라이트닝 바카라 전지 생성에 필요한 수소를 얻습니다₄+ 2H₂O → CO₂+ 4H₂와 같은 반응에 의해 생성됩니다 이때, 일산화탄소 (CO)는 약 1%로 혼합되고, 선택적 산화 반응에 의해 CO 양을 10 ppm으로 줄이기 위해 표준이 확립되어 라이트닝 바카라 전지 촉매에 하중을 넣지 않도록한다[참조로 돌아 가기]

◆ PPM

1 ppm은 백만 명 중 1 명 또는 1/10,000%입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 플래티넘 루테늄 (PT-RU)

플래티넘은 원자 번호 78을 갖는 고귀한 금속이고 루테늄은 원자 번호 44입니다이 두 요소의 견고한 용액에 의해 생성되는 백금-루테늄 합금은 약 40 년 전에 우수한 CO 독 저항성을 갖는 실용적인 촉매로 개발되었습니다 현재 가격은 백금 촉매보다 약 10% 높지만 루테늄이 드문 자원이라면 라이트닝 바카라 전지의 확산으로 인해 생산량을 유지할 수 없다는 우려가 있습니다 가격이 상승 할 것입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 유기 금속 복합체

C, H, O 등으로 만든 유기 화합물 중에서, 요소 N, O, S[참조로 돌아 가기]

◆ 살렌

n, n '-에틸렌 비스-(salicylideneaminato)에 대한 약어입니다 아래에 표시된 분자 형태를 갖는 복잡한 화합물이다 그것은 2 개의 니트로겐과 2 개의 산소 원자로 구성된 리간드 와이 중심에서 금속 원자 좌표를 가지고 있습니다 적용의 예는 헤모글로빈을 대체하기위한 산소 담체 (인공 혈액 및 산소가 풍부한 막)로 사용하는 것으로 알려져있다[참조로 돌아 가기]

◆ mqph

n, n '-Mono-8-Quinolyl-o-Phenylenediamine에 대한 약어입니다 아래에 표시된 분자 형태를 갖는 복잡한 화합물이다 그것은 3 개의 니트로겐으로 구성된 리간드와 중앙에 금속 원자 좌표가 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 반 셀 테스트

라이트닝 바카라 전지는 수소 가스 및 공기 (산소)의 두 위치, 라이트닝 바카라 전극 및 공기 전극에서 전기를 생성합니다 양극 촉매를 테스트 할 때, 라이트닝 바카라 전지의 양극 부분 만 제거되고 검사됩니다 전체 라이트닝 바카라 전지가 구성되어 검사 될 때 공기 전극의 특성도 발견되어 결정하기가 어렵 기 때문입니다 이것을 반 셀 테스트라고하며,이 목적을 위해 하나의 극만 검사합니다[참조로 돌아 가기]