연료전지용 현장 수소생산을 위한 암모니아 분해촉매(A mini-review on ammonia decomposition catalysts for on-site generation of hydrogen for fuel cell applications)

전문가 제언

□ 현재 촉매에 의한 암모니아 분해는 고분자전해질 연료전지의 순수 수소 공급수단으로서 상당한 주목을 끌고 이에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 대한 관심은 암모니아를 수소공급원으로 사용하는 잠재적 이득과, 다른 분야에서의 수소생산과 저장에 필요한 과학기술의 큰 진전이 아직 부족하기 때문이라고 생각한다. 탄소를 함유한 화합물로 수소를 제조하면 CO 및 CO2부산물이 생성되어 고분자전해질 연료전지 양극촉매에 심각하게 피독 된다. 이를 방지하기 위해서는 현장에 복잡하고, 고가이며 장소를 크게 차지하는 정제계통을 필요로 한다. 이에 비해 암모니아는 유망한 수소저장 매질로서 구성되어 있고 수소저장 능력은 17wt%정도에 이르고, 가장 중요한 것은 COx를 함유하지 않고 비교적 저온에서 수소를 생산할 수 있다는 것이 장점이다.

□ 연료전지와 같은 소형화된 계통에 수소를 공급하기 위해서는 저온의 반응온도가 필요하고, 이를 달성하기 위해서는 알칼리 및 알칼리토금속 촉진제를 가진 Ru 촉매를 사용해야 한다. K-Ru/C 촉매는 암모니아 분해반응에서 예외적으로 활성이 높다. 통상적으로 암모니아 공장에서 사용되는 용융 철 촉매와 K-Ru/C 촉매를 비교하면, 반응속도 및 N2 화학흡착자료에 근거한 TOF가 2~3차수 높다. 또한 K-Ru/C의 겉보기 활성화 에너지(139kJ/몰)와 철 촉매의 활성화 에너지(167kJ/몰)에 비하여 30kJ/몰 정도 낮다. 그러므로 암모니아 분해반응 속도의 차이와 겉보기 활성화 에너지의 차이로 K-Ru/C촉매에 의한 반응은 철 촉매에 비해 낮은 온도에서 진행될 수 있음을 알 수 있다.

□ 암모니아 분해에서 K 촉진제 영향을 보면, 촉진제를 사용하지 않았을 경우 6%암모니아, 410℃에서 수소 화학흡착자료에서 산정한 TOF값은 3.8×10-3/초, 비슷한 반응조건인 5%암모니아, 400℃에서의 촉진제를 사용한 TOF값은 1.0/초로서, 암모니아 분해반응속도에 K의 영향이 결정적임을 알 수 있다. Ru 촉매에 많은 연구가 되었음에도 불구하고 아직도 미진한 부분이 있을 수 있다. K- 또는 Cs-Ru/C 촉매와 Ba-Ru/C 촉매의 암모니아 분해반응속도 거동이 다른데 이는 Ba은 구조적 촉진제이고, K 또는 Cs은 전자적 촉진제라고 설명하고 있으나 이의 직접적 실험증거는 없고 따라서 앞으로 추가적으로 확인해야할 사항이다.

저자

S.F. Yina,b,c, B.Q. Xub, X.P. Zhouc, C.T. Aua

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

(2004)

권(호)

277

잡지명

Applied Catalysis A: General

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

1~9

분석자

서*석

분석물

• 연료전지용 현장 수소생산을 위한 암모니아 분해촉매.pdf [179,472 byte]

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