• 제목/요약/키워드: 수전해

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양극산화법을 통해 제조한 IrO2-RuO2 촉매를 포함하는 고성능 수전해 산소발생용 TiO2 나노튜브 전극 (The TiO2 based electrode consisting binary catalysts which is prepared by anodization for water oxidation application)

  • 유현석;오기석;이기백;최진섭
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • pp.191.2-191.2
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    • 2016
  • $TiO_2$는 우수한 화학적 및 물리적 안정성 때문에 수전해 장기간 사용에 적합한 전기화학 전극으로 여겨진다. 큰 표면적을 갖는 $TiO_2$를 제조하기 위한 수많은 방법 중 양극산화(anodization)는 비교적 간단하고 저렴한 공정으로 인하여 매우 실용적인 방법으로서 알려져 있다. 특히, 고도로 정렬 된 $TiO_2$ 나노튜브($TiO_2$ NTs) 의 경우에는 분말상과 달리 전극제조를 위해 추가적인 접착제를 필요하지 않다. 그러나, $TiO_2$는 일반적으로 절연 특성을 나타내기 때문에 전극의 활용을 위해서는 본질적으로 촉매의 사용이 불가피하다. 다수의 전기 촉매 중, $IrO_2$$RuO_2$는 수전해 분야에 잘 알려진 산화 촉매이다. 그럼에도 불구하고, 특유의 높은 종횡비 때문에 $TiO_2$ 나노튜브에 전기 촉매를 균일하게 도핑하는 것은 많은 어려움이 따른다. 이를 해결하기 위한 방법으로 $RuO_2$를 도핑하기 위한 단일공정 $TiO_2$ 양극산화 기술이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 2원 촉매($IrO_2$$RuO_2$)를 $TiO_2$ 나노튜브에 도핑하기 위한 단일공정 양극산화 기술에 대하여 연구하였다. 전구물질로써 $KRuO_4$($RuO_2$ 전구체)와 IrOx 나노입자(IrOx NPs, $IrO_2$ 전구체)를 사용하였다. 특히, IrOx를 나노 입자는 $IrCl_3$로부터 중간 매체로 합성된다. IrOx는 단일공정 양극산화 중에 $TiO_2$ 나노튜브 상에 도핑 가능한 이온 형태인 $IrO_4$-로 전환될 수 있다. 제조된 시료는 열처리 후 바로 전극으로 사용되었으며 SEM, XPS, TEM, ICP-OES 등으로 정성, 정량 분석을 수행하였다. LSV와 EIS를 통해 전기화학적 성능 평가가 이루어졌으며, LSV를 통해 포집한 기체는 가스 크로마토그래피를 사용하여 정량분석한 후 그 효율을 측정하였다.

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물 전기분해에 의한 수소제조 기술 (Hydrogen Production Systems through Water Electrolysis)

  • 황갑진;최호상
    • 멤브레인
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    • v.27 no.6
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    • pp.477-486
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    • 2017
  • 수소는 산업용 전력생산, 자동차용 연료 등을 위한 대체가능한 에너지 담체로 인식되고 있다. 미래 저탄소 에너지 시스템에서 에너지 저장은 전력 수요에 유연하지 않거나 간헐적인 공급의 균형을 이루기 위한 중추적인 역할을 담당할 수 있을 것이다. 수소는 에너지 담체로서 전기에너지를 화학에너지로, 화학에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 에너지 저장 방법 중의 하나이다. 수소제조 방법 중에서, 특히, 물의 전기분해를 이용한 방법은 신재생 에너지원과의 접목을 고려할 때 가장 효율적이고 실용적인 방법으로 여겨지고 있다. 물 전기분해 수소제조 기술은 전기를 이용하여 수소를 물로부터 직접 제조하는 방법으로, 화석연료 이용 제조방법과 비교하여 수소를 제조할 때 지구환경 오염물질인 이산화탄소의 배출이 없다. 수소제조 방법 중의 하나인 물 전기분해의 원리와 물 전기분해의 종류인 알칼리 수전해(AWE, alkaline water electrolysis), 고분자 전해질막 수전해(PEMWE, polymer electrolyte membrane water electrolysis), 고온 수증기 전기분해(HTSE, high temperature steam electrolysis)에 대하여 분석하고자 하였다. 물 전기분해는 수소제조 방법의 하나로 연구가 진행되고 있으며, 최근에는 PTG (power to gas)와 PTL (power to liquid) 시스템의 요소기술로도 주목을 받고 있다. 본 총설에서는 물 전기분해에 대한 원리와 종류, 특히 알칼리 수전해에 대한 최근 연구동향에 대해 설명하였다.

수전해 시스템에 적용 가능한 전해질막 연구 개발 동향 (Research and Development Trend of Electrolyte Membrane Applicable to Water Electrolysis System)

  • 임광섭;손태양;김기현;김정;남상용
    • 공업화학
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    • v.30 no.4
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    • pp.389-398
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    • 2019
  • 수소에너지는 화석연료의 사용으로 인해 나타나는 기후변화의 문제를 해결할 수 있는 방안일 뿐 아니라 산업용 전력 생산, 자동차용 연료 등을 위한 대체가능한 에너지로 인식되고 있다. 수소제조 방법 중 물의 전기분해를 이용한 방법이 가장 효율적이고 실용적인 방법으로 여겨지고 있으며, 수소를 물로부터 직접 제조하는 방법은 화석연료 이용 제조 방법과 비교하여 보았을 때 지구환경 오염물질인 메탄, 이산화탄소 등의 배출이 없다. 본 총설은 수소제조 방법 중 하나인 물 전기분해의 종류인 알칼리 수전해(alkaline water electrolysis, AWE), 고분자전해질막 수전해(polymer electrolyte membrane water electrolysis, PEMWE)에 대해서 분석하고 최근 연구 중인 탄화수소 전해질막의 동향 및 전해질막의 문제점인 크로스오버현상에 대해 설명하였다.

냉각계통 동적 예측을 위한 수전해 시스템 동적 모사 모델 (Dynamic Model of Water Electrolysis for Prediction of Dynamic Characteristics of Cooling System)

  • 윤상현;윤진원;황건용
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.32 no.1
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    • pp.1-10
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    • 2021
  • Water electrolysis technology, which generates hydrogen using renewable energy resources, has recently attracted great attention. Especially, the polymer electrolyte membrane water electrolysis system has several advantages over other water electrolysis technologies, such as high efficiency, low operating temperature, and optimal operating point. Since research that analyzes performance characteristics using test bench have high cost and long test time, however, model based approach is very important. Therefore, in this study, a system model for water electrolysis dynamics of a polymer electrolyte membrane was developed based on MATLAB/Simulink®. The water electrolysis system developed in this study can take into account the heat and mass transfer characteristics in the cell with the load variation. In particular, the performance of the system according to the stack temperature control can be analyzed and evaluated. As a result, the developed water electrolysis system can analyze water pump dynamics and hydrogen generation according to temperature dynamics by reflecting the dynamics of temperature.

공유가교 CL-SPEEK/Cs-TSiA/Ceria 복합막의 고온 수전해 성능 (High Temperature Water Electrolysis of Covalently Cross-linked CL-SPEEK/Cs-TSiA/Ceria Composite Membrane)

  • 정혜영;윤대진;정장훈;문상봉
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.28 no.5
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    • pp.433-439
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    • 2017
  • The high temperature performance of PEM type electrolyser at $120^{\circ}C$ based on covalently cross-linked sulfonated poly ether ether ketone (SPEEK) composie membrane was investigated. Ion conductivity and other properties of SPEEK membrane were improved by adding heteropoly acid and Ceria. The membrane electrode assemblies were prepared using commercial PtC and nano-sized $IrRuO_2$ catalyst by electro-spraying and decal process. Voltage efficiency of MEA equipped with SPEEK membrane was slightly better than that of $Nafion^{(R)}$ membrane, due to its higher proton conductivity at high temperature. The cell performance of MEA with CL-SPEEK/Cs-TSiA/Ceria is 1.71 V at $1A/cm^2$ and $120^{\circ}C$.

고온 수전해 전해질 막의 제막조건에 따른 미세구조 분석 (Microstructure Analysis with Preparation Condition of Electrolyte Membrane for High Temperature Electrolysis)

  • 최호상;손효석;황갑진;배기광
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.17 no.2
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    • pp.141-148
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    • 2006
  • This study was carried out to analyze the microstructure characteristics of electrolyte membrane through XRD, SEM and AC impedance measurement for using in high temperature steam electrolysis(HTE). It was investigated that thermal stability and electric characteristics by sintering condition using dry and wet process, and confirmed growth of particle and density change by sintering temperature. The sintering temperature and behavior had an effect on the relative density of the ceramic and the average grain size. The more amount of dispersant in organic compound increase, the more the density increased. But the binder was shown opposite phenomenon. It was analyzed that electrolyte resistance and electrical characteristics using AC impedance. The electrical properties of YSZ grain boundary changed with the sintering temperature.

수용가내부 고압배전시스템의 전력손실감소효과 (A Proposed High Voltage Distribution System of the Customer Inside for Reducing Power Loss)

  • 박형준;윤만수;정찬수
    • 조명전기설비학회논문지
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    • v.19 no.5
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    • pp.39-44
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    • 2005
  • 에너지절감은 요즈음과 같은 고유가의 시대의 전기 설비 분야의 주요 쟁점중 하나이다. 따라서 전력분야의 여러 기관에서 에너지절감과 관련된 방안과 연구가 진행되고 있는데, 본 논문에서는 전기공학의 기본적인 이론을 바탕으로 하여 중용량 이상의 전력 수용가 내부에서 배전시스템을 변경함으로써 전기에너지의 손실을 절감하는 방안을 제시하였다. 이는 고압의 수전전압을 저압으로 변환하여서 상당한 거리에 떨어져 있는 부하에 전력을 공급하는 일반적인 수용가 내부 배전시스템 대신에, 수전전압을 수용가내의 개별 수전단까지 직접 수전하고 여기서 저압으로 변환하는 것을 의미한다. 이와같은 시스템적인 변경을 통해서, 수용가내의 저압선로가 비교적 긴 아파트단지등에서 상당한 전력에너지의 절감효과를 기대할 수 있으리라 사료된다. 본 논문에서는 기존의 수용가내의 배전시스템과 제안한 배전시스템에서의 전압강하율과 선로전력손실을 비교하여 제안한 배전시스템의 효과를 계산하였다.

고온 수전해에 의한 수소 제조 기술 (Hydrogen Production Technology using High Temperature Electrolysis)

  • 홍현선;추수태;윤용승
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.14 no.4
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    • pp.335-347
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    • 2003
  • High temperature electrolysis (HTE) can become a key target technology for fulfilling the hydrogen requirement for the future hydrogen economy. This technology is based upon the partial replacement of electricity with heat energy for the electrolysis. Although the current research status of high temperature electrolysis in many countries remains at the small laboratory scale, the technology has great potential for producing hydrogen at a higher efficiency than low-temperature electrolysis (LTE). The efficiency of LTE is not expected to rise above 40%, whereas the efficiency of HTE has been reported to be above 50%. The higher efficiency of HTE would reduce costs by more than 30% compared to LTE. In this study, the technical data regarding the HTE of water and the resulting hydrogen production are reviewed, with an emphasis on the application of high temperature solid electrolyte and oxide electrodes for the HTE process.

고고도 무인기용 수전해 셀 및 스택의 제작 및 성능 평가 (Evaluation of the Performance of Water Electrolysis Cells and Stacks for High-Altitude Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle)

  • 정혜영;이준영;윤대진;한창현;송민아;임수현;문상봉
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.27 no.4
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    • pp.341-348
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    • 2016
  • The experiments related on structure and water electrolysis performance of HALE UAV stack were conducted in this study. Anode catalyst $IrRuO_2$ was prepared by Adam's fusion methods as 2~3 nm nano sized particles, and the cathode catalyst was used as commercial product of Premetek. The MEA (membrane electrode assembly) was manufactured by decal methods, anode and anode catalytic layers were prepared by electro-spray. HALE stack was composed of 5 multi-cells as $0.2Nm^3/hr$ hydrogen production rate with hydrogen pressure as 10 bar. The water electrolysis performance was investigated at atmospheric pressure and temperature of $55^{\circ}C$. Best performance of HALE UAV stack was recorded as cell voltage efficiency as 86%.