KR200406819Y1 - 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매제조 장치 - Google Patents

카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매제조 장치 Download PDF

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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 고안은 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치에 관한 것으로, 그 구성은, 카본 나노 파이버의 불순물을 제거하기 위하여, 다수의 카본 나노 파이버가 담가져 산세 처리되는 질산용액이 수용되어 있는 산세 처리조; 다수의 상기 카본 나노 파이버 간 엉김을 방지하기 위하여, 상기 질산용액에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 초음파를 분산하는 초음파 발생기; 상기 산세 처리조가 담가지는 60℃ 내지 80℃의 물이 수용되어 있는 항온조; 상기 산세 처리조에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 잔류하는 질산용액을 제거하기 위한 여과기; 질산용액이 제거된 상기 카본 나노 파이버가 담가져 수세 처리되는 증류수가 수용되어 있는 수세 처리조; 수세 처리된 상기 카본 나노 파이버의 잔류 수분을 제거하기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 150℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 1오븐부재; 건조된 상기 카본 나노 파이버가 담가지며, 니켈수화물이 투입되어 초음파 세척기에 의해 분산된 니켈이온이 포함된 아세톤 용매가 수용되어 있는 수조; 상기 카본 나노 파이버가 상기 니켈이온을 충분히 흡착할 수 있도록 하고, 불순물의 함입을 막기 위하여, 상기 카본 나노 파이버가 담가진 상기 수조를 밀봉하는 밀봉부재; 상기 수조 내의 아세톤 용매를 증발시키기 위하여, 65℃ 내지 100℃로 상기 수조를 물중탕 처리하는 로터리 이베포레이터; 상기 니켈이온이 흡착된 상기 카본 나노 파이버를 건조시키기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 120℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 2오븐부재; 및 상기 카본 나노 파이버에 흡 착된 상기 니켈이온을 니켈로 환원시키는 수소 환원 장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이로부터 고성능, 고효율, 고안정성의 니켈 담지 촉매를 제조할 수 있고, 니켈입자들끼리의 결합력으로 인한 응집력을 최대한 배제하며 균일 분산 처리됨에 따라 담체의 수용능력을 극대화할 수 있으며, 니켈이온을 더 많이 흡착시킬 수 있어 흡착능력이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치{Apparatus for producing Nickel supported catalyst using Carbon nano fibers for fuel cell}
도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치를 순차적으로 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 수소 환원 장치를 상세히 도시한 개념도.
도 3의 a,b,c는 종래 카본블랙을 담체로서 사용하여, 카본블랙의 표면에 니켈이 담지된 무게비를 카본블랙의 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면.
도 4의 a,b,c는 본 고안의 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버를 담체로서 사용하여, 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버를 표면에 니켈이 담지된 무게비를 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면.
도 5의 a,b,c는 본 고안의 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버를 담체로서 사용하여, 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버의 표면에 니켈이 담지된 무게비를 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면.
도 6은 카본블랙, 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버, 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버를 각각 담지할 경우 외부의 물리적 힘이 작용되지 않는 상태에서 담지 되지 않고 여과 시 빠져나오는 니켈이온을 측정하여 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 산세 처리조 20 : 초음파 발생기
30 : 항온조 40 : 여과기
50 : 수세 처리조 60 : 제 1오븐부재
70 : 수조 75 : 밀봉부재
80 : 로터리 이베포레이터 90 : 제 2오븐부재
95 : 수소 환원 장치 951 : 석영관
953 : 질소가스 도입부 955 : 수소가스 도입부
957 : 가스 배기부 959 : 히팅 코일
본 고안은 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치에 관한 것이다.
연료전지란 연료의 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 발전 소자로서 최근 자동차, 주택, 휴대기기 등에 전원 공급원으로 연료전지를 이용하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 연료전지에 있어 에너지 밀도를 높여 출력밀도와 출력전압을 향상시키기 위해 전극, 연료, 전해질막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 특히 전극의 전도성 향상을 위해 촉매의 반응성을 높이려는 시도가 이루어지고 있다. 전극의 성능은 촉매층으로의 반응물의 확산과 반응 생성물의 배출 등과 같은 물질 전달의 용이성에 의해 크게 영향을 받으며, 이는 촉매의 반응표면적이 증가할수록 향상된다. 따라서, 전극에 존재하는 촉매의 반응성을 높이기 위해서는 촉매의 입자지름을 수 nm의 크기로 줄여 반응 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 촉매가 효과적으로 균일한 분산을 이루기 위한 담체의 개발도 급진전되고 있으며, 특히 불균일계의 촉매는 제조공정 중 열처리 온도나 반응온도에 의해 불안정하기 쉬워 담체에 분산시켜 사용하는 것이 일반적인 방법이다.
상기와 같이 연료전지용 촉매의 반응성을 높이기 위한 촉매의 담체로서 카본블랙(carbon black), 활성탄(activated carbon)이 상용되어 왔으며, 이러한 카본블랙이나 활성탄은 산화제에 취약한 단점과 기계적 강도가 낮기 때문에 플러깅(plugging) 현상이 유발되어 제조과정 중 불순물이 함유될 수 있으며, 열화가 쉽고, 다공질 산화물로서 고온조건 반응에서 불안정하며, 농도변화, 온도, 압력에 의해 쉽게 탈착 현상이 발생하여 흡착 용량과 흡착 선택성이 낮게 되어 반응기에서 담체의 구조가 부서지게 되었을 때 막힘 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고성능, 고효율, 고안정성의 니켈 담지 촉매를 제조할 수 있고, 제조원가가 절감될 수 있으며, 니켈입자들끼리의 결합력으로 인한 응집력을 최대한 배제하며 균일 분산 처리됨에 따라 담체의 수용능력을 극대화할 수 있으며, 니켈이온을 더 많이 흡착시킬 수 있어 흡착능력이 향상될 수 있는 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치는, 카본 나노 파이버의 불순물을 제거하기 위하여, 다수의 카본 나노 파이버가 담가져 산세 처리되는 질산용액이 수용되어 있는 산세 처리조; 다수의 상기 카본 나노 파이버 간 엉김을 방지하기 위하여, 상기 질산용액에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 초음파를 분산하는 초음파 발생기; 상기 산세 처리조가 담가지는 60℃ 내지 80℃의 물이 수용되어 있는 항온조; 상기 산세 처리조에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 잔류하는 질산용액을 제거하기 위한 여과기; 질산용액이 제거된 상기 카본 나노 파이버가 담가져 수세 처리되는 증류수가 수용되어 있는 수세 처리조; 수세 처리된 상기 카본 나노 파이버의 잔류 수분을 제거하기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 150℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 1오븐부재; 건조된 상기 카본 나노 파이버가 담가지며, 니켈수화물이 투입되어 초음파 세척기에 의해 분산된 니켈이온이 포함된 아세톤 용매가 수용되어 있는 수조; 상기 카본 나노 파이버가 상기 니켈이온을 충분히 흡착할 수 있도록 하고, 불순물의 함입을 막기 위하여, 상기 카본 나노 파이버가 담가진 상기 수조를 밀봉하는 밀봉부재; 상기 수조 내의 아세톤 용매를 증발시키기 위하여, 65℃ 내지 100℃로 상기 수조를 물중탕 처리하는 로터리 이베포레이터; 상기 니켈이온이 흡착된 상기 카본 나노 파이버를 건조시키기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 120℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 2오븐부재; 및 상기 카본 나노 파이버에 흡 착된 상기 니켈이온을 니켈로 환원시키는 수소 환원 장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 카본 나노 파이버와 상기 카본 나노 파이버에 흡착된 니켈의 무게비는 1 : 0.2로 구성되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 카본 나노 파이버는 헬리컬 타입(helical type)의 카본 나노 파이버인 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 수소 환원 장치는, 상기 니켈이온이 흡착된 상기 카본 나노 파이버가 내부로 장입되는 석영관; 상기 석영관과 연결되어 있어 상기 석영관 내부로 질소가스를 공급하며, 유량조절기가 구비된 질소가스 도입부; 상기 석영관과 연결되어 있어 상기 석영관 내부로 수소가스를 공급하며, 유량조절기가 구비된 수소가스 도입부; 상기 석영관과 연결되어 수소환원 반응후 가스가 배출되는 가스 배기부; 및 상기 석영관의 외부에 설치되어 상기 석영관 내부를 450℃ 내지 600℃로 가열하는 히팅 코일;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 고안의 바람직한 일실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치를 순차적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 수소 환원 장치를 상세히 도시한 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 예의 카본 나노 파이버를 이용한 연료전 지용 니켈 담지 촉매 제조 장치는 산세 처리조(10)와 초음파 발생기(20)와 항온조(30)와 여과기(40)와 수세 처리조(50)와 제 1오븐부재(60)와 수조(70)와 밀봉부재(75)와 로터리 이베포레이터(80)와 제 2오븐부재(90)와 수소 환원 장치(95)를 포함하여 이루어진다.
본 고안에서 사용되는 카본 나노 파이버(Carbon nano fibers, CNFs)는 평균적으로 비표면적이 약 300m2/g으로 다른 카본보다 비표면적이 클 뿐만 아니라 곡률도 크기 때문에 표면개질을 통한다면 활성화가 가능한 재료로서 하나의 촉매 입자 내에 많은 활성성분을 포함시킬 수 있어서 효율을 극대화할 수 있다.
이러한 카본 나노 파이버(CNFs)의 형상에 따라 스트레이트(straight), 스파이럴(spiral), 헬리컬(helical), 브랜치드(branched) 타입의 네가지로 구분될 수 있다.
산세 처리조(10)에는 다수의 카본 나노 파이버(CNFs)가 투입되며, 카본 나노 파이버(CNFs)의 불순물을 제거하기 위하여, 카본 나노 파이버(CNFs)가 담가져 산세 처리되는 30% 농도의 질산(HNO3)용액이 수용되어 있다.
이러한 산세 처리조(10)에 수용된 질산용액에 다수의 카본 나노 파이버(CNFs)가 담가져 산세 처리되며, 카본 나노 파이버(CNFs)는 산세 처리에 의해 무기물과 유기물 등의 불순물이 제거되고, 카본 나노 파이버(CNFs)의 표면적과 기공의 부피가 증가되어 후술하는 니켈이온의 흡착능력과 분산성이 증가된다.
초음파 발생기(20)는 질산용액에 담가진 카본 나노 파이버(CNFs)에 초음파를 분산하여, 다수의 카본 나노 파이버(CNFs) 간 엉김을 방지한다.
항온조(30)는 60℃ 내지 80℃의 물이 수용되어 있어, 이 물에 산세 처리조(10)가 담가진다.
여과기(40)는 산세 처리조(10)에 담가진 카본 나노 파이버(CNFs)에 잔류하는 질산용액을 제거한다.
수세 처리조(50)는 질산용액이 제거된 카본 나노 파이버(CNFs)가 담가져 수세 처리되는 증류수가 수용되어 있다.
이러한 수세 처리에 의해 카본 나노 파이버(CNFs)는 거의 중성에 가까운 상태로 되돌아간다.
제 1오븐부재(60)는 카본 나노 파이버(CNFs)를 100℃ 내지 150℃ 정도로 가열하여 건조시킴으로써, 수세 처리된 카본 나노 파이버(CNFs)의 잔류 수분을 제거한다.
수조(70)에는 니켈수화물로서, 질산니켈수화물(Ni(NO3)2·6H2O)이 투입되어 초음파로 인해 분산된 니켈이온(Ni2+)이 포함된 아세톤 용매가 수용되어 있어, 아세톤 용매에 건조된 카본 나노 파이버(CNFs)가 담가진다.
상기의 질산니켈수화물(Ni(NO3)2·6H2O)은 니켈수화물의 일실시 예이며, 실시 예에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
밀봉부재(75)는 카본 나노 파이버(CNFs)가 니켈이온을 충분히 흡착할 수 있 도록 하고, 불순물의 함입을 막기 위하여, 카본 나노 파이버(CNFs)가 담가진 수조(70)를 밀봉한다.
로터리 이베포레이터(rotary evaporator)(80)는 수조(70) 내의 아세톤 용매를 증발시키기 위하여, 65℃ 내지 100℃로 수조(70)를 물중탕 처리한다.
제 2오븐부재(90)는 니켈이온이 흡착된 카본 나노 파이버(CNFs)를 건조시키기 위하여, 카본 나노 파이버(CNFs)를 100℃ 내지 120℃ 정도로 가열하여 건조시킨다.
수소 환원 장치(95)는 카본 나노 파이버(CNFs)에 흡착된 니켈이온(Ni2+)을 니켈(Ni)로 환원시킨다.
수소 환원 장치(95)를 상세히 살펴보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 석영관(951)과 질소가스 도입부(953)와 수소가스 도입부(955)와 가스 배기부(957)와 히팅 코일(959)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
석영관(951)은 니켈이온이 흡착된 카본 나노 파이버(CNFs+Ni2 +)가 내부로 장입되며, 이처럼 석영관(951)을 사용할 경우 시편 장착이 편리하며, 가스 주입이 용이하고, 내부의 시편을 쉽게 관찰할 수 있다.
질소가스 도입부(953)는 석영관(951)과 연결되어 있어 석영관(951) 내부로 질소가스를 공급하며, 유량조절기(953a)가 구비되어 있다.
수소가스 도입부(955)는 석영관(951)과 연결되어 있어 석영관(951) 내부로 수소가스를 공급하며, 유량조절기(955a)가 구비되어 있다.
상기의 유량조절기(953a,955a)는 MFC(Mass Flow Controller)인 것이 바람직하다.
가스 배기부(957)는 석영관(951)과 연결되어 수소환원 반응 후 가스가 배출된다.
히팅 코일(959)은 석영관(951)의 외부에 설치되어 석영관(951) 내부의 온도를 450℃ 내지 600℃로 가열시킨다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 고안의 실시 예의 작용을 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저, 카본 나노 파이버(CNFs)를 준비하여 카본 나노 파이버(CNFs)가 가지고 있는 불순물을 제거하기 위하여 다수의 카본 나노 파이버(CNFs)를 30% 농도의 질산용액이 수용되어 있는 산세 처리조(10)에 넣고, 초음파 발생기(20)를 이용하여 다수의 카본 나노 파이버(CNFs) 간 서로 엉김을 방지하기 위하여 약 40분간 분산시킨다.
분산된 질산용액 속의 카본 나노 파이버(CNFs)는 60℃ 내지 80℃의 항온조(30)에서 2일 정도 끓여져 산세 처리된다.
산세 처리된 카본 나노 파이버(CNFs)는 여과기(40)를 통해 카본 나노 파이버(CNFs)에 잔류하는 질산용액을 제거한 후 증류수로서 거의 중성에 가까운 상태로 돌리기 위해 수세 처리조(50)에 담가져 수세 처리된다.
수세 처리된 후 카본 나노 파이버(CNFs)는 잔류 수분을 제거하기 위하여 제 1오븐부재(60)에서 100℃ 내지 150℃로 가열되어 건조된다.
수조(70)에는 아세톤 용매가 수용되며, 아세톤 용매에는 질산니켈수화물이 투입되고, 아세톤 용매를 초음파 세척기에 의해 약 5분간 분산시킨 후 건조된 카본 나노 파이버(CNFs)를 아세톤 용매에 투입시킨다.
카본 나노 파이버(CNFs)가 니켈이온을 충분히 흡착할 수 있도록 수조(70)를 밀봉부재(75)로 밀봉시키며, 이러한 상태로 평형 상태에 도달하기 위해 필요한 기간인 이틀동안 대기상에서 유지시킨다.
충분하게 니켈이온을 흡착한 카본 나노 파이버(CNFs+Ni2 +)는 로터리 이베포레이터(80)를 통하여 65℃에서 100℃가 될 때까지 물중탕 처리하면, 수조(70) 내의 아세톤 용매가 증발된다.
아세톤 용매가 증발되고 남은 니켈이온이 담지된 카본 나노 파이버(CNFs)를 제 2오븐부재(90)를 이용하여 100℃ 내지 120℃ 정도로 가열하여 건조시킨다. 이러한 상태를 이틀동안 유지한다.
상기에서, 니켈이온이 담지된 카본 나노 파이버(CNFs+Ni2 +)란, 카본 나노 파이버(CNFs)(담체)에 니켈이온(Ni2+)이 흡착된 상태를 말하는 것임을 유의하기 바란다.
알루미나보트(952)에 니켈이온이 담지된 카본 나노 파이버(CNFs+Ni2 +)를 고르게 편 후 알루미나보트(952)를 수소 환원 장치(95)의 석영관(951) 내부로 장입한 후 승온속도 5℃/min로 450℃ 내지 600℃까지 질소가스 분위기 하에서 퍼징 (purging)시킨다. 이때 질소가스는 질소가스 도입부(953)를 통하여 석영관(951) 내부로 공급된다.
석영관(951) 내부의 온도가 450℃ 내지 600℃가 되었을 때 1시간 동안 수소가스가 수소가스 도입부(955)를 통하여 공급되어 수소 환원이 행해진다.
그 후 온도가 200℃ 이하로 떨어질 때까지 질소가스 분위기로 다시 퍼징시키고 난 후 알루미나보트(952)를 석영관(951)으로부터 꺼내면 카본 나노 파이버(CNFs)에 흡착된 니켈이온(Ni2+)이 니켈(Ni)로 환원되어 본 고안의 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매가 완성된다.
한편, 촉매의 담체로서, 카본블랙과 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버와 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버의 담체에 니켈이 담지된 상태를 도 3 내지 도 5에 각각 도시하였다.
도 3의 a,b,c는 종래 카본블랙을 담체로서 사용하여, 카본블랙의 표면에 니켈이 담지된 무게비를 카본블랙의 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면이고, 도 4의 a,b,c는 본 고안의 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버를 담체로서 사용하여, 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버를 표면에 니켈이 담지된 무게비를 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면이며, 도 5의 a,b,c는 본 고안의 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버를 담체로서 사용하여, 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버의 표면에 니켈이 담지 된 무게비를 10%,20%,30%로 각각 했을 경우 담체에 니켈이 담지된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 담체에 담지된 니켈의 무게비가 높아짐에 따라 니켈입자는 응집(aggregation)현상이 발생하고, 점차 니켈의 입자가 커지면서 니켈의 무게비가 담체의 30%일 경우(도 3 내지 도 5의 c) 거의 형상을 알아볼 수 없을 정도로 응집현상이 발생하여 하나의 큰 거대한 니켈 입자를 형성하고 있으며, 균일한 분산이 이루어지지 않았음을 알 수 있다.
또한, 니켈의 무게비가 담체의 10%, 20%일 경우(도 3 내지 도 5의 a,b)에는 니켈입자의 형상이 구형(Spherical)을 이루지만, 30% 이상의 무게비로 갈수록 불규칙적인 형상을 이루고 있음을 알 수 있다. 이는 담체의 기공이 가질 수 있는 수용 능력을 넘어서 담지 되었을 때 기공(pore)에 담지 되지 못한 니켈입자들끼리 서로 작용함으로써 응집된 것으로 볼 수 있다. 나아가, 니켈의 무게비가 담체의 10%일 경우(도 3 내지 도 5의 a)보다 20%일 경우(도 3 내지 도 5의 b)에 더 많은 니켈이 담지되었음을 알 수 있다.
따라서, 도 3 내지 도 5의 도면에서 도시한 바와 같이, 카본 나노 파이버와 카본 나노 파이버에 흡착된 니켈의 무게비는 1 : 0.2로 구성되는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.
한편, 도 6은 카본블랙, 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버, 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버를 각각 담지할 경우 외부의 물리적 힘이 작용되지 않는 상태에서 담지되지 않고 여과 시 빠져나오는 니켈이온을 측정하여 도시한 그래프이다.
도 6에서는 외부의 힘이 작용되지 않는 상태에서 각 담체에 담지되지 않고 여과시 빠져나오는 니켈이온을 측정함으로써 외부의 힘이 가해지지 않은 상태에서 자연발생적인 이온흡착 능력을 알 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 90~400nm 사이에서 큰 하나의 흡수 파장과 740nm 주변에서 흡수 파장이 존재한다.
흡수 파장의 높이는 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버 > 카본 블랙 > 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버 순으로 나타나며, 이는 그 구간에서 니켈이온이 존재한다는 것을 알 수 있다.
많은 니켈이온이 존재한다면 자외선으로부터 나오는 빛이 더 많이 흡수된다고 볼 수 있으므로, 담체에 담지된 니켈이온의 흡착능력은 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버 > 카본 블랙 > 스파이럴 타입의 카본 나노 파이버 순임을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 고안의 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
질산용액의 산세처리는 니켈이온이 카본 나노 파이버의 담체 표면에 더 많이 담지될 수 있도록 하며, 고성능, 고효율, 고안정성의 니켈 담지 촉매를 제조할 수 있으며, 제조원가가 절감될 수 있다.
또한, 카본 나노 파이버와 니켈의 무게비가 1 : 0.2로 구성됨으로써, 고농도하에서도 니켈입자들끼리 응집이 잘 일어나지 않으므로 니켈입자들끼리의 결합력으로 인한 응집력을 최대한 배제하며 균일 분산 처리됨에 따라 담체의 수용능력을 극대화할 수 있다.
나아가, 카본 나노 파이버가 헬리컬 타입의 카본 나노 파이버로 구성됨으로써, 니켈이온을 더 많이 흡착시킬 수 있어 흡착능력이 향상될 수 있다.

Claims (4)

  1. 카본 나노 파이버의 불순물을 제거하기 위하여, 다수의 카본 나노 파이버가 담가져 산세 처리되는 질산용액이 수용되어 있는 산세 처리조;
    다수의 상기 카본 나노 파이버 간 엉김을 방지하기 위하여, 상기 질산용액에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 초음파를 분산하는 초음파 발생기;
    상기 산세 처리조가 담가지는 60℃ 내지 80℃의 물이 수용되어 있는 항온조;
    상기 산세 처리조에 담가진 상기 카본 나노 파이버에 잔류하는 질산용액을 제거하기 위한 여과기;
    질산용액이 제거된 상기 카본 나노 파이버가 담가져 수세 처리되는 증류수가 수용되어 있는 수세 처리조;
    수세 처리된 상기 카본 나노 파이버의 잔류 수분을 제거하기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 150℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 1오븐부재;
    건조된 상기 카본 나노 파이버가 담가지며, 니켈수화물이 투입되어 초음파 세척기에 의해 분산된 니켈이온이 포함된 아세톤 용매가 수용되어 있는 수조;
    상기 카본 나노 파이버가 상기 니켈이온을 충분히 흡착할 수 있도록 하고, 불순물의 함입을 막기 위하여, 상기 카본 나노 파이버가 담가진 상기 수조를 밀봉하는 밀봉부재;
    상기 수조 내의 아세톤 용매를 증발시키기 위하여, 65℃ 내지 100℃로 상기 수조를 물중탕 처리하는 로터리 이베포레이터;
    상기 니켈이온이 흡착된 상기 카본 나노 파이버를 건조시키기 위하여, 상기 카본 나노 파이버를 100℃ 내지 120℃ 정도로 가열하여 건조시키는 제 2오븐부재; 및
    상기 카본 나노 파이버에 흡착된 상기 니켈이온을 니켈로 환원시키는 수소 환원 장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 나노 파이버와 상기 카본 나노 파이버에 흡착된 니켈의 무게비는 1 : 0.2로 구성되는 것을 특징으로 하는 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 나노 파이버는 헬리컬 타입(helical type)의 카본 나노 파이버인 것을 특징으로 하는 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 환원 장치는,
    상기 니켈이온이 흡착된 상기 카본 나노 파이버가 내부로 장입되는 석영관;
    상기 석영관과 연결되어 있어 상기 석영관 내부로 질소가스를 공급하며, 유량조절기가 구비된 질소가스 도입부;
    상기 석영관과 연결되어 있어 상기 석영관 내부로 수소가스를 공급하며, 유량조절기가 구비된 수소가스 도입부;
    상기 석영관과 연결되어 수소환원 반응후 가스가 배출되는 가스 배기부; 및
    상기 석영관의 외부에 설치되어 상기 석영관 내부를 450℃ 내지 600℃로 가열하는 히팅 코일;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카본 나노 파이버를 이용한 연료전지용 니켈 담지 촉매 제조 장치.
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