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전도성 지지체탄소, 전이금속화합물 및 금속 나노-입자를 포함하는 나노-복합체 촉매소재

전문가 제언: ○ 이 발명은 전이금속화합물로 코팅된 전도성 지지체 위에 침윤된 금속 나노-입자들을 포함하는 연료전지와 같은 전기화학장치들을 위한 나노-복합체 촉매 소재에 관련된다. 금속 나노-입자들은 백금을 포함하며, 금속인산염은 탄탈옥시인산염, 니오브옥시인산염, 산화탄탈, 산화니오브 또는 그것들의 어떤 결합을 포함하고, 전도성지지체는 탄소를 포함한다. 더욱이 이들 촉매소재를 제조하는 방법도 제공했다.

○ 수소산화와 산소환원에 대한 최상의 촉매는 난노-척도백금과 탄소에 지지된 백금기초합금이다. 보다 적은 량의 촉매가 사용될 수 있도록 촉매의 활동도를 증가시키기 위한 세계적인 줄기찬 노력으로 연료전지의 가격이 낮아질 수 있었다. 새로운 연료전지 촉매 개발의 새로운 도전은 산성의 부식성 전기화학환경에서 촉매들의 작동을 장기화 하는 것이다.

○ 연료전지 음극의 산성조건에서 대부분 촉매 소재들은 부식되고 연료전지의 작동 중 Pt는 용해되어 시간경과로 입자이동이 확대되므로 표면적과 활동도가 손실된다. 탄소와 접촉된 Pt는 CO2로 산화를 거쳐 탄소지지체의 파괴를 촉진시키기도 한다. 이러한 문제들은 전이금속화합물로 코팅된 전도성지지체에 주입된 금속 나노-입자들을 포함하는 나노-복합체 촉매 소재 발명으로 극복되었다.

○ 화력발전의 전력화 효율은 30% 미만이지만 연료전지의 그 효율은 70%까지도 가능할 수 있고, 다양한 응용성 때문에 연료전지 연구개발이 한국에서도 활발히 진행되고 있는 중이다. 그러나 연료전지개발의 핵심이 되는 산소환원반응을 위해 더 높은 활동도의 촉매거동을 갖는 이 발명과 같은 Pt-옥시인산염-전도성 가황탄소지지체 촉매 등의 연구개발과 발명특허는 한국에서 시도된바 없다.

○ 전도성 탄소지지체, 전이금속옥시인산염 및 금속 나노-입자를 포함하는 최적화된 고성능의 나노-복합체 촉매 소재의 제작, 소재 성분들의 제조, 이 촉매 소재들의 연료전지와 다양한 분야들에 응용 등의 연구개발 분야는 아주 광범위 하고 전극촉매 분야, 연료전지 분야뿐만 아니라 나아가서 사업발전에 미치는 영향이 크게 기대되어 강력한 도전의 대상 분야이다.

저자: THE GOVERNMENT OF THE UNITED STATES OF AMERICA, AS REPRESENTED BY THE SECRETARY OF THE NAVY
자료유형: 특허정보