요약
이 발명은 금속-포스페이트가 증착된 나노시트를 이용한 촉매와 수전해 전지에 관한 것입니다. 이 촉매는 기존의 비싼 백금 촉매 대신 사용될 수 있으며, 수소와 산소의 발생을 효과적으로 촉진합니다. 이 촉매의 도입은 온실가스를 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 수소 에너지의 대량 생산을 가능하게 하여 에너지 문제 해결에 기여할 것입니다.
1. 기본 정보
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기술명: 금속-포스페이트가 증착된 나노시트를 포함하는 이중 기능성 전기화학 촉매 및 이를 이용한 수전해 전지
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대표발명자: 화학과 김규원 교수
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출원번호: 10-2023-0019396
2. 발명의 개요
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이 발명은 금속-포스페이트가 증착된 나노시트를 포함하는 이중 기능성 전기화학 촉매와 이를 이용한 수전해 전지에 관한 것입니다. 최적화된 Ni 도핑 CoMoPi 3중 금속 전극 촉매로, 이 촉매는 수소 발생과 산소 발생 반응을 효과적으로 이끌어내, 1.0M KOH 전해질에서 벤치마크 전류 밀도 10mA/cm^2에 도달합니다. 2전극 전체 물분해 시스템에 사용될 경우, 이 촉매는 기존의 Pt/C||RuO2 커플보다 낮은 전압으로 동일한 전류 밀도를 도달하게 하며, 거의 100%의 패러데이 효율로 높은 전류 밀도에서 100시간 이상의 우수한 장기 안정성을 보입니다. 이로써, 비용이 높은 플래티넘 기반 촉매를 대체하고, 수소에너지의 효율적인 활용을 가능하게 합니다.
3. 발명의 필요성
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온실가스 배출량 증가와 그로 인한 지구 온난화 문제가 심각해지면서, 친환경적인 에너지원인 수소 에너지의 중요성이 부각되고 있습니다. 그러나 현재 수소생산의 주요 방법 중 하나인 PEM 수전해 기술은 비싼 백금 촉매를 사용하므로 초기 비용이 매우 높아, 보다 경제적인 촉매가 필요한 상황입니다.
4. 실험 및 구현
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본 발명에서는 Ni 도핑 CoMoPi 3중 금속 전극 촉매를 개발하였습니다. 이 촉매는 1.0M KOH 전해질에서 벤치마크 전류 밀도 10mA/cm^2에 도달하며, 2전극 전체 물분해 시스템에 사용하였을 때, 기존 Pt/C||RuO2 커플보다 낮은 전압으로 동일한 전류 밀도를 도달하였습니다. 또한 100시간 이상의 장기 안정성을 보여주었습니다.
5. 발명의 활용 방안
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이 촉매는 수소 에너지 생산에 필요한 수전해 과정에서 활용될 수 있습니다. 특히, 비용이 높은 플래티넘 기반 촉매를 대체할 수 있어, 초기 비용을 크게 줄일 수 있으며, 이는 수소 에너지의 대량 생산 및 상용화에 기여할 것입니다.
6. 발명의 효과
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이 촉매는 비용이 높은 백금 촉매를 대체하면서도 우수한 수소 및 산소 발생 반응을 보여주므로, 수소 에너지의 효율적인 활용에 큰 기여를 할 것입니다. 또한 이를 통해 수소 에너지의 대량 생산이 가능해져 온실가스 감축에 크게 기여하며, 이는 지구 온난화 문제 해결을 위한 중요한 한 걸음이 될 것입니다.
7. 대표도면
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