KR101127649B1 - 용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents

용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 촉매는 용융탄산염 연료 전지의 폐가스에 존재하는 미반응 수소를 촉매 산화기(catalytic oxidizer)에서 촉매 연소시켜 열을 회수함으로써 용융탄산염 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있고, 애노드 오프 가스(anode off gas)에 존재하는 염기성의 수산화칼륨(KOH)를 효과적으로 제거할 수 있어 용융탄산염 연료 전지 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.
용융탄산염 연료전지, 수소 연소용 촉매, 촉매 산화기

Description

용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법{CATALYST FOR OXIDIZING HYDROGEN USED IN MOLTEN CARBONATE FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용융탄산염 연료 전지의 폐가스에 존재하는 미반응 수소를 촉매 산화기(catalytic oxidizer)에서 촉매 연소시켜 열을 회수함으로써 용융탄산염 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 용융탄산염 연료전지에 사용되는 수소 연소용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
용융탄산염 연료전지는 애노드(anode)의 수소 산화 반응과 캐소드(cathode)의 산소 환원반응의 전기 화학적 반응을 기반으로 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전장치로서, 고온에서 작동하기 때문에 발전 효율이 높고 환경오염이 적어 친환경적인 발전 시스템이다.
구체적으로 살펴보면, 용융탄산염 연료전지는 650℃의 고온에서 운전되며, 490℃에서 탄산염이 용해된다. 고온에서의 빠른 전기 화학적 반응은 전극 재료를 백금 대신 저렴한 니켈의 사용을 가능케 하여 경제성에서 유리할 뿐만 아니라, 백금 전극에 피독 물질로 작용하는 일산화탄소도 수성가스 전환 반응(watergas shift reaction)을 통하여 연료로 이용하는 니켈 전극의 특성은 석탄가스, 천연가스, 메탄올, 바이오 매스 등 다양한 연료 선택성을 제공한다.
이러한 용융탄산염 연료전지의 발전 원리는 수소가 주성분인 애노드 가스와 산소와 이산화탄소로 구성된 캐소드 가스가 각각 애노드과 캐소드로 공급되면 전기 화학적 반응에 의하여 용융탄산염 연료전지는 전기, 열 및 물을 생산하게 된다.
애노드에서는 수소가 전해질/전극의 촉매 작용에 의해 수소 이온과 전자 e-로 분리되고, 전자 e-는 전극을 통해 외부로 방출된다. 한편, 수소 이온은 전해질 통과 후 탄산이온과 반응한다. 캐소드에서는 산소가 애노드의 전자 e-와 전해질/전극의 촉매 작용에 의해 산소 이온으로 반응하고, 캐소드 측에 공급된 이산화탄소는 전해질에서 용해, 산소이온과 결합하여 탄산이온으로 반응하며, 탄산이온은 전해질을 통과하여 애노드에 보내지게 된다.
일반적으로, 고온에서 운전되는 용융탄산염 연료전지의 온도를 650℃와 같은 운전 온도에 유지하기 위해서, 현재 일반적으로 높은 연소 반응 활성을 보이는 Pd, Pt와 같은 귀금속 촉매 및 페로브스카이트(Perovskite) 촉매가 사용되고 있다. 이를 촉매 연소라 하는데, 고체 촉매를 내장한 연소 장치에 연료와 공기의 예혼합 가스를 도입하여 촉매의 산화 촉진 작용에 의해 촉매 표면에서 무염 연소를 시키는 방법이다. 이러한 촉매 연소는 연료나 유해물을 산소로 완전 산화하여 에너지를 얻 거나 무해화하는 것을 목적으로 넓은 분야에서 사용되어 왔다.
이러한 촉매 연소는 비교적 저 농도로 완전 연소가 가능하고, NOx의 생성을 억제하며 넓은 공연비 영역에서 안정적인 연소가 가능하므로, 넓은 범위에서 연소 온도를 제어할 수 있다. 또한, 통상적으로 1500℃ 이하에서 연소하므로 예혼합 가스의 연료 농도는 가연 한계 범위를 벗어나게 되므로 안전성이 뛰어나다는 장점이 있다.
하지만, 촉매 연소에 사용되는 이러한 귀금속 촉매는 단가가 비싸 용융탄산염 연료전지의 높은 제조원가를 유발하며, 고온에서는 소결(sintering), 휘발(volatilization)에 의해 귀금속 촉매의 성분이 유실된다는 문제가 있다. 또한 애노드 오프 가스에 존재하는 염기성의 수산화칼륨(KOH)에 의해 Pd, Pt와 같은 귀금속 촉매 및 페로브스카이트 촉매는 활성이 크게 저하된다는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 많은 산소를 포함하는 텅스텐산화물이 산화 촉매로서의 활용이 가능하다는 점을 생각하고, 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매로서 텅스텐 산화물과 지르코늄 산화물의 혼성산화물을 연구하던 중 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상술된 종래의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 산화 활성을 가지는 불균질계 고체산 촉매(heterogeneous solid acid catalyst)를 촉매 산화기에서 사용함으로써, 용융탄산염 연료 전지의 폐가스에 존재하는 미반응 수소를 촉매 연소시켜 열을 회수함으로써 용융탄산염 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있고, 애노드 오프 가스(anode off gas)에 존재하는 염기성의 수산화칼륨(KOH)를 효과적으로 제거할 수 있는 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용융탄산염 연료 전지의 촉매 산화기 전단 온도인 300℃ ~ 400℃ 부근에서 수소 연소 활성이 우수한 촉매를 용이하게 제조할 수 있는 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 하나의 양태로서 본 발명은 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매에 있어서, 상기 촉매는 불균질계 WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "혼성 산화물"은 원자 수준에서 혼합물을 형성하 는 2개 이상의 성분을 포함하는 고체 분말 산화물을 의미하는 것으로, 특히 혼성산화물을 이루는 각 조성이 비균질적으로 혼합되어 형성됨을 의미한다.
이하, 본발명에서 사용되는 " 불균질계 WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 촉매" 또는 "WO3-ZrO2 촉매"는 달리 정의하지 않는 한 동일한 의미로 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서 사용되는 용융탄산염 연료 전지는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이면, 특별히 제한되지는 않으며, 일반적으로 Ni을 주성분으로 하는 다공체인 애노드와 NiO의 다공체인 캐소드 사이에 Li2CO3와 K2CO3의 혼합 용융탄산염을 함유하는 다공성의 LiAlO2 매트릭스 및 애노드 가스와 캐소드 가스를 격리하고 공정 가스의 흐름을 형성하며 집전 역할을 하는 세퍼레이터(separator)로 구성된다.
용융탄산염 연료 전지의 애노드에서의 반응은 아래의 화학식 1과 같다. 애노드에서는 수소가 전해질/전극의 촉매 작용에 의해 수소 이온과 전자 e-로 분리되고, 전자 e-는 전극을 통해 외부로 방출된다. 한편, 수소 이온은 전해질 통과 후 탄산이온과 반응하여, 물과 이산화탄소가 발생한다.
H2 + CO3 -2 → H2O + CO2 + 2e- + H2 (미반응)
그리고, 용융탄산염 연료 전지의 캐소드에서의 반응은 아래의 화학식 2와 같다. 캐소드에서는 산소가 애노드의 전자 e-와 전해질/전극의 촉매 작용에 의해 산소 이온으로 반응하고, 캐소드 측에 공급된 이산화탄소는 전해질에서 용해되고 산소이온과 결합하여, 탄산이온이 발생한다.
½O2 + CO2 + 2e- → CO3 -2
따라서, 용융탄산염 연료 전지의 전체 반응을 살펴보면, 아래의 화학식 3과 같다. 즉, 화학식 3에서 보여지는 바와 같이, 수소와 산소가 가지고 있는 화학 에너지가 전기 화학적 반응에 의하여 전기, 열 및 물을 생성하게 된다.
H2 + ½O2 → H2O
상기 화학식 1-3과 같은 전기 화학적 반응을 거치는 동안에 용융탄산염 연료 전지의 폐가스에는 화학식 1에서와 같이, 미반응 H2가 존재하게 된다. 또한, 상기 화학식에는 기재되어 있지 않지만, 애노드 오프 가스에는 염기성의 수산화칼륨(KOH)이 존재하게 된다.
본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매는 이러한 불균질계 WO3/ZrO2촉매를 사용하여 미반응 H2를 촉매 연소시키고 열을 발생시킴으로써(또는 열로 회수함으로써) 용융탄산염 연료 전지의 운전 효율을 향상시키 고, 애노드 오프 가스에 존재하는 염기성의 수산화칼륨(KOH)를 효과적으로 제거할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 불균질계 WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 촉매는 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물 총중량에 대하여 상기 WO3를 20 중량% 내지 30 중량% 함유할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 촉매는 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물 총중량에 대하여 상기 WO3를 20 중량% 함유하거나 또는 25 중량% 함유할 수 있다. 상기 WO3 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 활성점인 WO3의 함량이 낮아 H2 연소에 있어 충분한 활성을 얻을 수 없는 문제점이 있고, 상기 WO3 함량이 25 중량%를 초과하는 경우에는 25 중량%와의 성능차가 발생하지 않음으로 효율성 증가시키기 위해 25 중량%를 초과하지 않도록 함에 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물에 KOH를 추가로 첨가함으로써 형성된 불균질계 K-WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매를 제공한다.
이하, 본발명에서 사용되는 " 불균질계 K-WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 촉매" 또는 "K-WO3-ZrO2촉매"는 달리 정의하지 않는 한 동일한 의미로 이해되어야 할 것이다.
바람직하게는, 상기 KOH는 1 중량% 내지 2.5 중량%로 첨가될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 KOH는 1 중량% 또는 2.5 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 KOH 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 특별히 기존 촉매의 활성을 감소시키는 문제는 발생하지 않으나 활성을 가지는 K(칼륨)의 영향이 적어 촉매 성능이 향상되는 것을 확인 할 수 없다는 문제점이 있고, 2.5 중량%를 초과하는 경우에는 산촉매 인 WO3-ZrO2에 과량의 KOH를 첨가함에 따라 산점의 감소로 인한 활성점의 감소로 인해 촉매 활성을 감소시키는 작용을 하는 문제점이 있다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은
(a) Zr(OH)4를 증류수에 용해시킨 후, 함침법으로 (NH4)6H2W12O40 수용액을 첨가하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 생성된 산물을 70 내지 80℃에서 진공 건조(vacuum evaporation)시키는 단계; 및
(c) O2 및 He로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스 분위기 하에서, 상기 (b) 단계에서 생성된 산물을 800 내지 900℃에서 5 내지 6 시간 동안 소성시키는 단계를 포함하는, 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계에서 O2가 50 내지 100%로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은
상기 (c) 단계 이후에
(d) 상기 (c) 단계에서 생성된 산물에 KOH 수용액을 담지시키는 단계;
(e) 상기 (d) 단계에서 생성된 산물을 110 내지 120℃에서 진공 건조시키는 단계; 및
(f) O2 및 N2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스 분위기 하에서, 상기 (e) 단계에서 생성된 산물을 600 내지 700℃에서 6 내지 7 시간 동안 소성시키는 단계를 추가로 포함하는, 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매는 용융탄산염 연료 전지의 폐가스에 존재하는 미반응 수소를 촉매 산화기(catalytic oxidizer)에서 촉매 연소시켜 열을 회수함으로써 용융탄산염 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있고, 애노드 오프 가스(anode off gas)에 존재하는 염기성의 수산화칼륨(KOH)를 효과적으로 제거할 수 있으며, 용융탄산염 연료 전지의 촉매 산화 기 전단 온도인 300℃ ~ 400℃ 부근에서 수소 연소 활성이 우수한 촉매를 제공할 수 있어, 용융탄산염 연료 전지 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1 : WO3-ZrO2 촉매의 제조>
우선, Zr(OH)4를 증류수에 녹인 후 함침법으로 20 중량%의 (NH4)6H2W12O40 수용액을 첨가하였다. 그 후 생성된 산물을 80℃에서 진공 건조(vacuum evaporation) 시킨 후, WO3의 원활한 확보를 위해 800℃의 온도로 O2 50%, He 50% 조건에서 5시간 동안 소성시켰다. 충분한 산소를 흘려주지 않았을 경우 WO3가 충분히 ZrO2에 분산되지 않으며 낮은 유량에서는 산점의 분산과 활성점의 세기에 영향을 미치므로 O2 50%이상의 조건에서 소성하는 것을 기준으로 한다. 그 결과, WO3가 20 중량% 함유된 WO3-ZrO2 촉매를 제조하였다.
<제조예 2 : WO3-ZrO2 촉매의 제조>
본 제조예 2에서는 (NH4)6H2W12O40 수용액을 25 중량% 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여 WO3가 25 중량% 함유된 WO3-ZrO2 촉매를 제조하였다.
<제조예 3 : K-WO3-ZrO2 촉매의 제조>
먼저, 1 wt.% (0.04g)의 KOH를 WO3-ZrO2 촉매의 Pore Volume (0.11 ml/g)에 해당하는 0.44ml의 증류수에 녹인 후, 제조예 2에서 제조된 촉매 4g 에 함침법을 이용하여 상기 용액을 0.02씩 담지시킨 후 건조하는 과정을 거쳐 담지시킨다. 120℃의 온도에서 12시간 동안 건조시켰다. 이어서, 석영 반응관에서 산소 10 ml/min, 질소 40 ml/min을 흘려주면서 600℃에서 6시간 동안 소성시켰다. 그 결과, WO3가 25 중량% 함유된 WO3-ZrO2 촉매에 2.5 wt.% KOH가 첨가된 K-WO3-ZrO2 촉매를 제조하였다.
<제조예 4 : K-WO3-ZrO2 촉매의 제조>
본 제조예 4에서는 KOH를 2.5 wt.% (0.1g) 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법으로 실시하여 WO3가 25 중량% 함유된 WO3-ZrO2 촉매에 5 wt.% KOH가 첨가된 K-WO3-ZrO2 촉매를 제조하였다.
<비교예 1 : K-WO3-ZrO2 촉매의 제조>
본 비교예 1에서는 KOH를 5 wt.% (0.2g) 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법으로 실시하여 WO3가 25 중량% 함유된 WO3-ZrO2 촉매에 1 wt.% KOH가 첨가된 K-WO3-ZrO2 촉매를 제조하였다.
<실험예 1>
상기 제조예 1 및 제조예 2에서 제조한 촉매에 대한 활성을 PBR(Packed-Bed Reactor)을 사용하여 실험하였다. 전체적인 촉매 활성 실험 장치의 개략도는 도 1에 도시된 바와 같다. 이러한 촉매 활성 실험 장치는 일반적으로 사용되는 것으로서 본 발명의 실시예에서는 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
촉매 활성 실험에 있어서, 기압 조건은 상압으로 설정하고, 용융탄산염 연료 전지의 폐가스 조성을 H2: 3.33 mol%, CO2: 16.49 mol%, N2: 16.55 mol%, O2: 10.70 mol%, H2O: 12.93 mol%로 설정하고, 공급 가스(feed gas)의 유량을 300 ㎖/min로 설정하고, 그리고 촉매량을 0.1g으로 설정하였다. 한편, 촉매 전단의 온도를 200 ~ 500℃까지 50℃ 간격으로 상승시키면서 촉매 활성 실험을 진행하였다.
촉매 연소에 의한 온도 상승을 관측하기 위해, 촉매층과 총매층 후단의 온도를 실시간으로 측정하는 자동 온도 기록 시스템을 설치하였다. 또한, 촉매층과 촉 매층 후단의 열손실을 방지하기 위해 노(Furnace)와 보온 덮개를 일체형으로 제작하여 온도 상승의 정확성을 향상시켰다.
이러한 촉매 활성 실험에 의한 H2의 변환 비율(conversion rate)는 각각의 온도마다 On-line GC(gas chromatography)(영린기기 제조, 상품명 "Acme 6000 CG")로 3차례 분석하여 그 평균값을 획득하여 그 정확성을 향상시켰다.
제조예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우에 따른 H2의 변환 비율을 촉매가 없는 경우(도 2에서는 "No Catalyst"로 표시됨)와 비교하여 도 2에 나타내었다.
<실험예 2>
상기 제조예 2 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 촉매를 사용한 점을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 촉매의 활성을 평가하여 도 3에 나타내었다.
<구체적인 검토>
도 2는 WO3-ZrO2 촉매의 수소 연소 성능을 온도에 따른 H2의 변환 비율로서 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 촉매가 없는 경우, 제조예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우의 H2의 변환 비율이 도시되어 있다.
200 ~ 250℃의 범위에서는, 각각의 경우 H2의 변환 비율이 크게 상이하지 않다. 하지만, 250℃ 이상의 범위에서는, 촉매가 없는 경우보다 제조예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우에 H2의 변환 비율이 높음을 알 수 있다. 더욱이, 300 ~ 500℃의 범위에서는, 제조예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우에 촉매가 없는 경우보다 현저하게 H2의 변환 비율이 높음을 알 수 있다.
즉, 도 2의 그래프에 의하면, 300 ~ 500℃의 범위에서, 바람직하게는 300 ~ 400℃의 범위에서, 촉매가 존재하지 않는 경우와 비교했을 때 제조예 1에서 제조된 촉매 및 제조예 2에서 제조된 촉매는 수소 연소 성능이 매우 높다는 것을 알 수 있다.
도 3은 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우, 제조예 3에서 제조된 촉매가 있는 경우, 제조예 4에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 비교예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우의 수소 연소 성능을 온도에 따른 H2의 변환 비율로서 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제조예 2에서 제조된 촉매가 있는 경우, 비교예 1에서 제조된 촉매가 있는 경우, 제조예 3에서 제조된 촉매가 있는 경우 및 제조예 4에서 제조된 촉매가 있는 경우에 따른 H2의 변환 비율이 도시되어 있다.
200 ~ 350℃의 범위에서는, 제조예 3에서 제조된 촉매 및 제조예 4에서 제조된 촉매가 다른 두가지 경우의 촉매보다 H2의 변환 비율이 높음을 알 수 있다. 특히 300 ~ 400℃의 범위에서는, 제조예 3에서 제조된 촉매가 다른 세가지 경우의 촉매보다 H2의 변환 비율이 높음을 알 수 있다. 다만, 400℃ 이상의 온도 범위에서는, 제조예 2에서 제조된 촉매 및 제조예 3에서 제조된 촉매는 다른 두가지 경우의 촉매보다 H2의 변환 비율이 높으며 유사한 H2의 변환 비율을 가지고 있음을 알 수 있다. 한편, 비교예 1에서 제조된 촉매는 전 온도 범위에 걸쳐서 다른 세가지 경우의 촉매보다 H2의 변환 비율이 낮음을 알 수 있다.
즉, 도 3의 그래프에 의하면, 300 ~ 400℃의 범위에서, 제조예 3에서 제조된 촉매가 다른 세가지 경우의 촉매와 비교했을 때, 수소 연소 성능이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 400 ~ 500℃의 범위에서는, 제조예 3에서 제조된 촉매와 제조예 2에서 제조된 촉매는 수소 연소 성능이 거의 유사하다는 것을 알 수 있다.
이러한 실험 결과를 토대로 살펴보면, 본 발명에 따른 제조예 2에서 제조된 촉매 및 제조예 3에서 제조된 촉매는 수소 연소에 있어서 높은 활성을 보인다. 특히, K-WO3-ZrO2 촉매 중 제조예 3 및 제조예 4에서 제조된 촉매는 200 ~ 350℃의 범위에서 제조예 2에서 제조된 촉매보다 수소 연소 활성이 향상됨을 보인다.
이는 WO3-ZrO2 촉매가 촉매 활성을 저하시키는 KOH를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 저온 영역에서도 높은 수소 산화 활성을 가짐을 보여주고, 그로 인해 용융탄산염 연료 전지의 수소 연소 촉매로서 활용성이 뛰어남을 보여준다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
도 1은 전체적인 촉매 활성 실험 장치의 개략도이며.
도 2는 WO3/ZrO2 촉매의 수소 연소 성능을 온도에 따른 H2의 변환 비율로서 나타낸 그래프이며,
도 3은 25 wt.% WO3/ZrO2에 1 wt.%, 2.5 wt.% 및 5 wt.%의 KOH를 첨가한 촉매의 수소 연소 성능을 온도에 따른 H2의 변환 비율로서 나타낸 그래프이다.

Claims (9)

  1. 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매에 있어서,
    상기 촉매는 불균질계 WO3-ZrO2 혼성산화물에 KOH를 추가로 첨가함으로써 형성된 불균질계 K-WO3-ZrO2 혼성산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물 총중량에 대하여 상기 WO3를 20 중량% 내지 30 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물 총중량에 대하여 상기 WO3를 20 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는 상기 WO3-ZrO2 혼성산화물 총중량에 대하여 상기 WO3를 25 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 KOH는 1 중량% 내지 2.5중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 수소 연소용 촉매.
  7. (a) Zr(OH)4를 증류수에 용해시킨 후, 함침법으로 (NH4)6H2W12O40 수용액을 첨가하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 생성된 산물을 70 내지 80℃에서 진공 건조(vacuum evaporation)시키는 단계;
    (c) O2 및 He로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스 분위기 하에서, 상기 (b) 단계에서 생성된 산물을 800 내지 900℃에서 5 내지 6 시간 동안 소성시키는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서 생성된 산물에 KOH 수용액을 담지시키는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계에서 생성된 산물을 110 내지 120℃에서 진공 건조시키는 단계; 및
    (f) O2 및 N2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스 분위기 하에서, 상기 (e) 단계에서 생성된 산물을 600 내지 700℃에서 6 내지 7 시간 동안 소성시키는 단계를 포함하는, 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 O2가 50 내지 100%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 용융탄산염 연료 전지에서 사용되는 수소 연소용 촉매의 제조방법.
  9. 삭제
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