KR20050089324A - Oxygen adsorbing cocatalyst containg catalyst for fuel cell, electrode for fuel cell using the same, and fuel cell containing the electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는, 백금-은 또는 백금-금 주촉매에, 산소를 선택적으로 저장 및 방출하고, 산소 전도도를 가지며, 저온에서 일산화탄소의 산화 반응이 용이한 조촉매로, 로듐, 세리아 성분, 또는 루테늄, 또는 이러한 물질들의 복합체를 함유시켜, 산소환원 특성뿐만 아니라 메탄올 산화 특성과 일산화탄소에 대한 내피독성이 우수한 촉매를 제조할 수 있고, 특히 환원극에 공기를 사용하는 경우에도, 백금 촉매의 산소흡착 특성을 증가시켜 연료 전지용 전극 촉매의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.In the present invention, a platinum-silver or platinum-gold main catalyst, as a cocatalyst which selectively stores and releases oxygen, has an oxygen conductivity, and is easy to oxidize carbon monoxide at low temperatures, rhodium, a ceria component, or ruthenium, Or by incorporating a composite of these materials, it is possible to prepare a catalyst having excellent oxygen oxidation characteristics as well as methanol oxidation characteristics and endothelial toxicity to carbon monoxide. In particular, even when air is used in the cathode, the oxygen adsorption characteristics of the platinum catalyst It is possible to increase the performance of the electrode catalyst for fuel cells.
Description
본 발명은 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 연료 전지에 관한 것으로, 상세하게는, 산소를 선택적으로 흡착 및 방출하고, 산소 전도도를 가지며, 저온에서 일산화탄소의 산화 반응이 용이한 조촉매를 함유시켜, 산소 환원 특성뿐만 아니라 메탄올 산화특성과 일산화탄소에 대한 내피독성이 우수하고, 특히 환원극에 공기를 사용할 경우에도, 공기 중 산소를 선택적으로 백금 촉매에 공급하여 백금 촉매의 산소 흡착 특성이 증가됨에 따라, 백금 촉매 전극의 성능을 향상시킬 수 있는, 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalyst for a fuel cell containing an oxygen adsorption promoter, a method for manufacturing the same, a fuel cell electrode manufactured using the same, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the electrode. By adsorbing and releasing, having oxygen conductivity, and containing cocatalyst which is easy to oxidize carbon monoxide at low temperature, it has not only oxygen reduction characteristics but also excellent oxidation resistance of methanol and endothelial toxicity to carbon monoxide. Even in this case, as the oxygen adsorption characteristics of the platinum catalyst are increased by selectively supplying oxygen in the air to the platinum catalyst, a catalyst for a fuel cell containing an oxygen adsorption promoter, which can improve the performance of the platinum catalyst electrode, a method of manufacturing the same And a fuel cell electrode manufactured using the same, a method of manufacturing the same, and a fuel cell including the electrode. .
본 발명에서 세리아 성분이란 세리아, 도핑된 세리아, 또는 이들의 산화물의 각각을 의미하거나, 둘 이상을 의미한다. In the present invention, the ceria component means each of ceria, doped ceria, or an oxide thereof, or two or more thereof.
저온 연료 전지인 직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell;DMFC, 이하 DMFC로 표기)는 연료인 메탄올 및 물의 혼합용액과, 산화제인 순수 산소 또는 공기와의 전기 화학적 반응에 의해, 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서, 액체 연료 사용으로 연료 저장이 쉽고, 소형화가 가능하며, 개질 장치가 필요없고, 출력밀도 및 에너지 전환효율도 비교적 높은 편이라는 장점을 지니고 있어, 무공해 자동차, 이동 통신장비, 군사용 장비, 우주용 에너지 생산 장치등 그 응용 분야가 매우 다양하다.Direct Methanol Fuel Cell (DMFC, hereinafter referred to as DMFC) is a low-temperature fuel cell that converts chemical energy into electrical energy by electrochemical reaction of a mixture of methanol and water as fuel and pure oxygen or air as oxidant. It is an energy conversion device that converts energy into fuel, and it is easy to store fuel by using liquid fuel, it is possible to miniaturize it, and it does not need a reforming device, and it has relatively high power density and energy conversion efficiency. Applications include military, military equipment, and space energy production equipment.
DMFC의 전극은, 일반적으로, 홍수현상(flooding)이 일어나지 않도록 발수 처리(hydrophobic coating)된 다공성의 탄소천 또는 탄소종이 상부에, 기체 및 액체 반응물의 확산을 위한 탄소 및 발수 물질의 혼합물을 도포하여 확산층(diffusion layer)을 형성하고, 그 위에 촉매와 고분자 전해질, 즉 이오노머의 혼합물을 얇게 도포함으로써 제조된다. DMFC electrodes are generally applied on top of a hydrophobic coated porous carbon cloth or carbon paper to prevent flooding, by applying a mixture of carbon and water repellent materials for diffusion of gas and liquid reactants. It is prepared by forming a diffusion layer and thinly applying a mixture of a catalyst and a polymer electrolyte, that is, an ionomer thereon.
이때, 상기 촉매를 도포하는 방법으로는, 스프레이 코팅법(spray coating), 여과방법(filtration 및 deposition), 스크린 프린팅법(screen printing)등이 사용된다. In this case, as the method for applying the catalyst, spray coating, filtration and deposition, screen printing, and the like are used.
이렇게 제조된 산화 전극(anode)과 환원 전극(cathode) 사이에 수소이온교환막등 상용 전해질 막을 놓은 후, 전해질의 유리전이 온도 이상, 일정 압력하에서 열간 압착(hot-pressing)하여, 막-전해질 접합체(Membrane Electrolyte of Assembly;MEA, 이하 MEA로 표기)를 제조한다. After placing a commercial electrolyte membrane such as a hydrogen ion exchange membrane between the anode and the cathode prepared as described above, the membrane is hot-pressed under a certain pressure at or above the glass transition temperature of the electrolyte to form a membrane-electrolyte assembly ( Membrane Electrolyte of Assembly (hereinafter referred to as MEA).
단위 전지를 구성하기 위해서는, 메탄올 용액 및 산소 또는 공기의 저장조 및 집전체로 MEA를 밀착시킴으로써 완성되며, 이와 같이, MEA, 전기화학적 반응을 통해 형성된 전자의 집전체, 그리고 가스의 기밀성을 유지하기 위한 가스켓이 함께 장착된다. In order to form a unit cell, it is completed by closely contacting the MEA with a methanol solution, an oxygen or air storage tank, and a current collector. Thus, the MEA, the current collector of electrons formed through an electrochemical reaction, and gas tightness are maintained. The gasket is fitted together.
상기 DMFC 산화 전극으로, 일반적으로 백금-루테늄 블랙(Pt-Ru black) 또는 탄소에 담지된 백금-루테늄(Pt-Ru/C) 촉매를 사용하거나, 나노복합체(nanocomposite)를 사용할 수 있고, 환원 전극으로는, 일반적으로 백금 블랙(Pt black) 또는 탄소에 담지된 백금(Pt/C) 촉매를 사용할 수 있다.As the DMFC oxide electrode, a platinum-ruthenium black (Pt-Ru black) or a platinum-ruthenium (Pt-Ru / C) catalyst supported on carbon, or a nanocomposite may be used, and a reduction electrode Generally, a platinum black (Pt black) or a carbon (Pt / C) catalyst supported on carbon may be used.
이와 같은 촉매를 제조하는 방법들에는, 침전법, 졸-겔법, 스퍼터링 (sputtering)과 같은 진공 증착법, 열분해법, 함침법, 콜로이드법 등이 있다. Methods for preparing such a catalyst include a precipitation method, a sol-gel method, a vacuum deposition method such as sputtering, a pyrolysis method, an impregnation method, a colloid method, and the like.
이중 상기 침전법은, 과포화 상태에서 침전이 일어나는 것으로 핵생성과 성장이라는 두 가지 과정을 거치게 된다. 핵생성은 담체가 '씨앗(seed)'으로 작용함에 따라 이루어지며, 생성된 핵에 금속이온이 흡착하여 성장이 이루어진다. 이때, 성장속도는 농도, 온도, 그리고 pH의 함수로 나타내어진다. 촉매의 침전이 완료되면, 이 침전물을 거른 다음, 남아있는 알칼리 이온이나 음이온을 제거하기 위해 증류수로 세척하는 과정을 거치게 된다. 건조된 촉매는 염의 형태를 가지고 있기 때문에 소성과정을 거쳐 안정한 산화물의 형태로 만들어야 한다. In the precipitation method, precipitation occurs in a supersaturated state and undergoes two processes of nucleation and growth. Nucleation occurs as the carrier acts as a 'seed', and metal ions are adsorbed to the resulting nucleus to grow. The growth rate is then expressed as a function of concentration, temperature, and pH. When the precipitation of the catalyst is completed, the precipitate is filtered and then washed with distilled water to remove remaining alkali ions or anions. The dried catalyst is in the form of a salt and must be calcined to form a stable oxide.
상기 함침법은 일반적으로 '초기함침법(incipient wetness)'이 가장 많이 사용되며, 이 방법의 목적은 알맞은 담지량에 해당하는 금속염 용액이 담체의 기공내에 균일하게 채워지도록 하는 것이다. 담체는 기공내의 수분이 제거된 상태로 사용하며, 원하는 담지량만큼의 금속염 용액을 조금씩 떨어뜨려 담체의 기공 속까지 완전히 젖을 수 있도록 함으로써, 촉매 용액을 담체에 함침시킨다. 이후 건조 과정을 거치는데, 건조속도가 기공내 금속염의 담지 형태에 큰 영향을 미치게 된다. 건조 후에는 소성과정을 거쳐 안정한 금속산화물 촉매를 만들게 된다. In the impregnation method, 'incipient wetness' is most commonly used, and the purpose of this method is to ensure that a metal salt solution corresponding to an appropriate loading amount is uniformly filled in the pores of the carrier. The carrier is used in a state where water in the pores is removed, and the catalyst solution is impregnated into the carrier by dropping the metal salt solution as little as desired so that the carrier can be completely wetted into the pores of the carrier. After the drying process, the drying speed has a great influence on the supported form of the metal salt in the pores. After drying, a stable metal oxide catalyst is formed through a calcination process.
함침법<M. Gotz 및 H. Wendt, Electrochimica Acta, 43, 3637(1998) 참조>에서는, 일반적으로 금속염(H2PtCl6, RuCl3, Pt(NH3)2(OH) 2, Ru3CO12, Pt(NH3)2(NO)2 등) 용액을 담체에 함침시킨 뒤, 수용액상의 환원제(N2H4, NaS2O3, NaS2O5, NaBH4)를 사용하거나, 수소 분위기에서 환원시켜 촉매를 제조한다. 생성된 촉매 금속의 평균 입자크기는 3~5nm 이상이며, 크기 분포도 제법 넓은 편이나, 상대적으로 제조가 쉽고 간단하다.Impregnation method <M. In Gotz and H. Wendt, Electrochimica Acta, 43, 3637 (1998), generally, metal salts (H 2 PtCl 6 , RuCl 3 , Pt (NH 3 ) 2 (OH) 2 , Ru 3 CO 12 , Pt (NH 3 ) 2 (NO) 2, etc.) solution is impregnated with a carrier, and then using a reducing agent in aqueous solution (N 2 H 4 , NaS 2 O 3 , NaS 2 O 5 , NaBH 4 ) or reduced in a hydrogen atmosphere to the catalyst Manufacture. The average particle size of the produced catalyst metal is 3-5 nm or more, and the size distribution is quite large, but it is relatively easy to manufacture and simple.
상기 콜로이드법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 와타나베(Watanabe)<Jouranl of Electroanalytical Chemistry, 229, 395(1987) 참조>에 의해 고안된 방법이고, 다른 하나는 본네만(Bonnemann)<Angewandte Chemie International Edition Engl., 30, 1312(1991) 참조>에 의해 고안된 방법이다.The colloidal method can be largely divided into two types. One is a method devised by Watanabe (see Jouranl of Electroanalytical Chemistry, 229, 395 (1987)), and the other is Bonnemann <Angewandte Chemie International Edition Engl., 30, 1312 (1991)> It is a method devised by.
상기 와타나베에 의한 콜로이드법은, 수화된 염화백금(H2PtCl6·xH2O) 및 제2금속 염화물 수용액에 환원제(Na2CO3, NaHSO4 등)를 가하는 과정을 거쳐, 금속 복합 중간체를 생성하고, 생성된 중간체를 가수분해하여 금속 산화물을 형성한 후, 수소 기체로 환원시키는 방법이다. 금속 산화물의 제조시에는 역반응이 일어나기 쉬우므로 온도와 pH 조절은 필수적이다.The colloidal method by Watanabe is a metal complex intermediate through a process of adding a reducing agent (Na 2 CO 3 , NaHSO 4, etc.) to a hydrated platinum chloride (H 2 PtCl 6 · xH 2 O) and a second metal chloride aqueous solution. The resulting intermediate is hydrolyzed to form a metal oxide, followed by reduction with hydrogen gas. In the production of metal oxides, adverse reactions are likely to occur, so temperature and pH control are essential.
상기 본네만에 의한 콜로이드법은, 비수용액 상에서 촉매를 제조하는 것으로, 합성된 테트라부틸암모늄 계열의 환원제를 사용하여, 표면 활성제 안정화된 촉매(surfactant-stabilized catalyst)를 제조한 후, 열처리를 통해 촉매를 둘러싸고 있는 표면 활성제를 제거하는 방법이다. 이로써, 높은 담지량의 금속을 2nm 전후의 나노 크기로 카본 내에 균일하게 분산시킬 수 있다. 그러나 이 방법은 전반적인 공정이 복잡하고, 유기용매와 화합물을 사용하기 때문에 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.In the colloidal method by Bonneman, a catalyst is prepared on a non-aqueous solution, and a surfactant-stabilized catalyst is prepared using a synthesized tetrabutylammonium-based reducing agent, and then the catalyst is subjected to heat treatment. It is a method of removing the surface active agent surrounding. Thereby, a high carrying amount of metal can be uniformly dispersed in carbon at a nano size of about 2 nm. However, this method has a disadvantage in that the overall process is complicated and the manufacturing cost increases because of using organic solvents and compounds.
상기한 방법들중 어떠한 제법을 적용하느냐에 따라, 금속 입자의 크기, 기공 크기 분포, 입자의 형상(morphology), 촉매 표면의 구조, 금속의 분산 정도등이 달라지는데, 촉매 합성시 주로 사용되는 기본적인 방법은 함침법과 콜로이드법이며, 일반적으로 함침법보다 콜로이드법이 더 효과적인 것으로 알려져 있다. 이외에도, 최근 콜로이드법을 변형하거나, 플라즈마나 스퍼터링을 이용하는 방법들이 제시되고 있다.Depending on which of the above methods is applied, the size of metal particles, pore size distribution, particle morphology, structure of catalyst surface, degree of metal dispersion, etc. are mainly used. Impregnation and colloidal methods are generally known to be more effective than colloidal methods. In addition, recently, methods of modifying the colloidal method or using plasma or sputtering have been proposed.
이와 같이 제조되는 DMFC는, 수소가 아닌 메탄올을 직접 연료로 사용하기 때문에 소형화가 가능하고, 연료 공급이 용이하나, 수소를 연료로 쓰는 경우와 대비하면, 전지 수명과 에너지 밀도가 낮고, 특히 산화 전극 촉매의 활성이 낮아 많은 양의 귀금속 촉매가 요구되어 원가 비용이 증가하며, 반응 중 생성되는 일산화탄소에 의하여 촉매가 피독되는 등의 문제점이 있다.The DMFC manufactured as described above can be miniaturized because methanol is used instead of hydrogen as a fuel, and it is easy to supply fuel. However, compared with the case of using hydrogen as a fuel, the battery life and energy density are low. Due to the low activity of the catalyst, a large amount of noble metal catalysts are required, resulting in an increase in cost, and the catalyst is poisoned by carbon monoxide generated during the reaction.
따라서 DMFC를 상용화하기 위해서는, 산화 전극 촉매의 성능 개선과 이에 따른 원가 비용 절감이 시급한 과제이며, 이를 위해서, 낮은 온도에서의 높은 메탄올 분해 성능, 메탄올 분해시 발생하는 일산화탄소에 대한 내피독성 등을 갖는, 개선된 성능의 촉매를 개발해야만 한다.Therefore, in order to commercialize DMFC, it is urgent to improve the performance of the anode electrode catalyst and thereby reduce the cost, and for this purpose, it has high methanol decomposition performance at low temperature, endothelial toxicity to carbon monoxide generated during methanol decomposition, Improved catalysts have to be developed.
따라서, 종래, 백금 촉매에 루테늄, 오스뮴, 이리듐, 텅스텐, 니켈, 철, 금, 파나듐 등의 금속을 첨가하여, 메탄올 산화 반응의 생성물인 일산화탄소에 의한 촉매 피독 현상을 방지하고, 메탄올의 산화 능력을 증가시키고자 하는 연구들이 진행되어 왔고, 또한, 세리아(CeO2)에 백금을 담지하면 백금-산소-세륨 결합이 형성되어 메탄올 분해에 높은 활성을 나타내는 것이 보고되었다<S. Imamura, T. Higashihara, Y. Saito, H. Aritani, H. Kanai, Y. Mastsumura, N. Tsuda, Catalysis Today, 50, 369(1999) 참조>.Therefore, conventionally, metals such as ruthenium, osmium, iridium, tungsten, nickel, iron, gold, and vanadium are added to the platinum catalyst to prevent catalyst poisoning caused by carbon monoxide, which is a product of the methanol oxidation reaction, and to oxidize methanol. Research has been conducted to increase the amount of, and it has been reported that the loading of platinum on ceria (CeO 2 ) forms a platinum-oxygen-cerium bond, indicating high activity in methanol degradation <S. See Imamura, T. Higashihara, Y. Saito, H. Aritani, H. Kanai, Y. Mastsumura, N. Tsuda, Catalysis Today, 50, 369 (1999).
한편, DMFC의 환원극에 있어서, 공기 사용시의 성능 감소나, 산화극에서 전해질 막을 통하여 넘어오는 메탄올(이하, 메탄올 크로스오버로 표기)로 인한 성능 감소의 문제 역시 해결되어야 한다.On the other hand, in the reduction electrode of the DMFC, the problem of performance reduction due to air use or performance reduction due to methanol (hereinafter referred to as methanol crossover) passing through the electrolyte membrane from the anode should also be solved.
즉, 연료전지 환원극 촉매인 백금 또는 탄소에 담지된 백금 촉매는, 공기를 사용할 경우, 산소를 사용할 때보다 약 50% 이상의 성능 감소가 발생하는데, 이는 네른스트(Nernst)식에서 반응물인 산소의 분압이 감소하여 전극의 포텐셜이 감소하고, 그 결과 전기화학적 반응속도가 또한 감소하기 때문이다. In other words, the platinum catalyst supported on platinum or carbon, which is a fuel cell cathode catalyst, exhibits a performance reduction of about 50% or more when air is used, which means that the partial pressure of the reactant oxygen in the Nernst equation is reduced. This is because the potential of the electrode decreases, resulting in a decrease in the electrochemical reaction rate.
크로스오버 메탄올은 혼성 포텐셜(mixed potential)을 유발하고, 환원극에서의 산화로 인하여, 일산화탄소의 백금과의 강한 흡착을 발생시키므로, 촉매 비활성화로 성능이 감소하게 된다.Crossover methanol causes a mixed potential, and due to oxidation in the cathode, strong adsorption of carbon monoxide with platinum results in reduced performance due to catalyst deactivation.
종래, 공기 적용시의 이용률을 향상시키기 위해, 산소 저장 능력이 뛰어난 세리아 계열의 물질을 전극 제조시 첨가하는 방법이 보고되었다<Z. Xu, Z. Qi, A. Kaufman, Journal of Power Sources, 115, 40(2003) 참조>.In the past, a method of adding a ceria-based material having excellent oxygen storage capability in the production of an electrode in order to improve the utilization rate in air application has been reported <Z. Xu, Z. Qi, A. Kaufman, Journal of Power Sources, 115, 40 (2003)>.
특히, 세리아의 산소 저장 능력과 열적 안정성을 보완하기 위해 지르코니아(ZrO2)를 첨가하기도 하였다<Anca Faur Ghenciu, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 6, 389(2002) 참조>.In particular, zirconia (ZrO 2 ) was added to supplement ceria's oxygen storage capacity and thermal stability (see Anca Faur Ghenciu, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 6, 389 (2002)).
그리고, 일본 특허공개공보 평10-55807호 공보에는, 조촉매로 산화 바나듐(vanadium), 산화 세륨(cerium), 산화 지르코늄(zirconium) 또는 이러한 물질의 2종 이상의 복합체를 사용함에 따라, 공기의 이용률을 향상시키는 방법이 제안되어 있다. Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-55807 discloses the use of air by using vanadium oxide, cerium oxide, zirconium oxide, or a composite of two or more kinds of such materials as cocatalysts. A method of improving this is proposed.
또한, 종래, 메탄올의 크로스오버로 인한 문제점을 해결하고자, 일본 특허공개공보 평11-7963호와 일본 특허공개공보 평11-7964호에서는, 크로스오버된 메탄올은 산화시키지 않고, 선택적으로 산소만 환원시키는 금(Au)과 은(Ag) 또는 이들의 복합체를 환원극의 촉매로 사용하는 방법을 제안하였다. In addition, conventionally, in order to solve the problems caused by the crossover of methanol, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-7963 and Japanese Patent Laid-Open No. 11-7964, the crossover methanol is not oxidized, and only oxygen is selectively reduced. A method of using gold (Au) and silver (Ag) or a complex thereof as a catalyst for a cathode is proposed.
한편, 산화극에 수소를 사용하는 저온 연료 전지인 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 이하 PEMFC로 표기)의 경우, 높은 전류밀도 영역에서 산화극에서의 수소 산화의 과전압은 거의 무시할 정도이지만, 환원극에서의 산소 환원반응은 높은 과전압을 가지고 결국 전체 반응속도는 환원극이 제한하게 된다. 그러므로 백금 촉매 위에서 산소의 느린 환원 반응이 전체의 에너지 전환효율을 결정하게 되며, PEMFC 연료전지의 효율을 향상시키기 위하여, 산소 환원반응 활성을 증가시키는 촉매의 개발이 필요하다.On the other hand, in the case of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEMFC), which is a low-temperature fuel cell using hydrogen as an anode, the overvoltage of hydrogen oxidation in the anode is almost negligible in a high current density region. However, the oxygen reduction reaction in the cathode has a high overvoltage and the overall reaction rate is limited by the cathode. Therefore, the slow reduction reaction of oxygen on the platinum catalyst determines the overall energy conversion efficiency, and in order to improve the efficiency of the PEMFC fuel cell, it is necessary to develop a catalyst that increases the oxygen reduction reaction activity.
따라서, 환원극의 산소환원 반응에 대한 활성을 높이기 위해서 여러 연구들이 진행되고 있는데, 메탈로프탈로시아닌, 메탈로포피린, 매크로사이클릭 복합물 등 유기고분자 물질에 철, 코발트 등을 배위결합시켜 산소 분자의 분해를 쉽게 하는 방법이 보고되어 있고<J. Jiang, A. Kucernak, Electrochimica Acta, 47, 167(2002) 참조>, 백금에 철, 코발트, 니켈 등을 첨가하여 합금을 만들면, 흡착된 산소가 촉매와 강하게 흡착하게 되어 산소 원자들의 결합력이 약해지고, 산소환원 반응에 대하여 활성이 증가한다고 보고되어 있다<T. Toda, H. Igarashi, H. Uchida, M. Watanabe, Journal of Electrochemical Society, 146, 3750(1999) 참조>.Therefore, various studies are being conducted to increase the activity of oxygen reduction reaction of the cathode, by coordinating iron and cobalt with organic polymer materials such as metallophthalocyanine, metalloporphyrin, and macrocyclic complexes to decompose oxygen molecules. It has been reported how to make it easier <J. Jiang, A. Kucernak, Electrochimica Acta, 47, 167 (2002)>, when iron, cobalt and nickel are added to platinum to make alloys, the adsorbed oxygen is strongly adsorbed with the catalyst, weakening the bond of oxygen atoms, It is reported that the activity is increased for the oxygen reduction reaction <T. See Toda, H. Igarashi, H. Uchida, M. Watanabe, Journal of Electrochemical Society, 146, 3750 (1999).
그리고, 미국 특허 제4316944호에서는, 백금에 크롬을 첨가하여 합금을 형성함에 의해 산소 환원 속도를 향상시키는 방법을 제안하고 있고, 또한 미국 특허 제6165635호에서는, 산소 환원 반응의 활성을 증가시키기 위해, 40~60 atom.% 백금, 10~20 atom.% 로듐, 20~50 atom.% 철로 구성된 삼원 촉매를 제조하여 산소 환원 활성을 향상시키는 방법을 제안하고 있다.In addition, US Patent No. 4316944 proposes a method of improving the rate of oxygen reduction by adding chromium to platinum to form an alloy, and US Patent 665635 proposes to increase the activity of the oxygen reduction reaction. A method of improving the oxygen reduction activity by preparing a three-way catalyst composed of 40 to 60 atom.% Platinum, 10 to 20 atom.% Rhodium and 20 to 50 atom.% Iron is proposed.
그러나, 상기와 같은 종래 연구 결과로부터는, 산소 환원 반응의 활성과 메탄올 산화 반응의 특성을 동시에 증가시키고, 일산화탄소에 대한 내피독성을 또한 증가시켜, 저온용 연료 전지의 성능을 향상하는 것으로서, 특히 환원극에 산소의 분압이 낮은 공기를 사용할 경우, 공기 중에서 선택적으로 산소를 백금 촉매에 공급해 주고, 동시에, 크로스오버된 메탄올에 의해 발생되는 일산화탄소를 제거하여, 백금촉매의 비활성화를 감소시키고 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 촉매 기술을 얻을 수 없었다. However, from the results of the above conventional studies, the activity of the oxygen reduction reaction and the characteristics of the methanol oxidation reaction are simultaneously increased, and the endothelial toxicity to carbon monoxide is also increased, thereby improving the performance of the fuel cell for low temperature. When air with a low partial pressure of oxygen is used at the pole, oxygen is selectively supplied to the platinum catalyst in the air, and at the same time, carbon monoxide generated by the crossover methanol is removed, thereby reducing the deactivation of the platinum catalyst and improving the battery performance. There was no catalyst technology that could be improved.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점과 요구를 해결하기 위하여 안출된 것으로, Therefore, the present invention has been made to solve the above problems and needs,
본 발명의 목적은, 산소 환원 반응의 활성 및 메탄올 산화 반응의 특성을 증가시키고, 일산화탄소에 대한 내피독성을 증가시켜 저온용 연료전지의 성능을 향상시키는 것으로서, 특히 환원극에 산소의 분압이 낮은 공기를 사용할 경우, 공기 중에서 선택적으로 산소를 백금 촉매에 공급해 주고, 크로스오버된 메탄올에 의해 발생되는 일산화탄소를 제거함으로써, 백금촉매의 비활성화를 감소시키고 전지의 성능을 향상시킬 수 있는, 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 연료 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to improve the performance of the low-temperature fuel cell by increasing the activity of the oxygen reduction reaction and the characteristics of the methanol oxidation reaction, and increase the endothelial toxicity to carbon monoxide. When oxygen is used, an oxygen adsorption promoter, which can selectively supply oxygen to the platinum catalyst and remove carbon monoxide generated by the crossover methanol, can reduce the deactivation of the platinum catalyst and improve the performance of the cell. A catalyst for a fuel cell, a method for producing the same, a fuel cell electrode produced using the same, a method for producing the same, and a fuel cell including the electrode are provided.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 저온 연료 전지인 고분자 전해질 연료 전지 또는 직접 메탄올 연료 전지(이하 저온 연료 전지로 표기)용 전극 촉매에 있어서, 주촉매인, 백금-은 촉매, 또는 탄소에 담지된 백금-은 촉매, 또는 백금-금 촉매, 또는 탄소에 담지된 백금-금 촉매에, 조촉매로서, 로듐(Rh), 세리아(CeO2) 성분, 루테늄(Ru)을 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above is a platinum-silver catalyst, or carbon supported on carbon, which is a main catalyst in an electrode catalyst for a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as a low temperature fuel cell) which is a low temperature fuel cell. A platinum-silver catalyst, or a platinum-gold catalyst, or a carbon-supported platinum-gold catalyst, comprising as a promoter a rhodium (Rh), a ceria (CeO 2 ) component, and at least one ruthenium (Ru) It is achieved by a catalyst for low temperature fuel cells containing an oxygen adsorption promoter.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 상기 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지 전극에 의해 달성된다. The above object of the present invention is also achieved by a low temperature fuel cell electrode containing an oxygen adsorption promoter, which comprises the catalyst.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 상기 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지에 의해 달성된다.The above object of the present invention is also achieved by a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter, which comprises the electrode.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 저온 연료 전지용 촉매의 제조에 있어서, 백금 블랙 또는 탄소에 담지된 백금을, 질산은(AgNO3) 또는 염화금산(HAuCl4) 용액에 함침시키고 건조한 후, 질소분위기에서 열처리하여, 백금-은 또는 백금-금 촉매를 제조하는 단계(S1-1); 또는 카본 블랙 수용액에, 백금 함유 수용성 화합물 또는 백금 함유 착염, 질산은 또는 염화금산 용액 및 환원제를 넣어 교반하고, 세척 후 건조하고, 수소분위기에서 열처리하여, 백금-은 또는 백금-금 촉매를 제조하는 단계(S2-1);와, 그 후, 상기 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 세리아 성분 함유 함침 용액에 함침시킨 후 건조하고, 질소분위기에서 열처리하는 단계(S1-2, S2-2); 또는 상기 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 로듐 함유 함침 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하는 단계(S1-3, S2-3); 또는 상기 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 루테늄 함유 함침 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하는 단계(S1-4, S2-4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above, in the production of catalysts for low temperature fuel cells, further impregnated with platinum black or carbon-supported platinum in a silver nitrate (AgNO 3 ) or gold chloride (HAuCl 4 ) solution and dried, followed by nitrogen Heat-treating in an atmosphere to prepare a platinum-silver or platinum-gold catalyst (S1-1); Or adding a platinum-containing water-soluble compound or a platinum-containing complex salt, a silver nitrate or gold chloride solution and a reducing agent to a carbon black aqueous solution, stirring, washing and drying, and heat-treating in a hydrogen atmosphere to prepare a platinum-silver or platinum-gold catalyst. (S2-1); and thereafter, the prepared platinum-silver or platinum-gold catalyst is impregnated into an impregnation solution containing ceria component, followed by drying and heat treatment in a nitrogen atmosphere (S1-2, S2-2). ); Or impregnating the prepared platinum-silver or platinum-gold catalyst in a rhodium-containing impregnation solution and drying, followed by heat treatment in a hydrogen atmosphere (S1-3, S2-3); Or an oxygen adsorption promoter comprising the steps of: impregnating the prepared platinum-silver or platinum-gold catalyst in a ruthenium-containing impregnation solution, drying, and heat-treating in a hydrogen atmosphere (S1-4, S2-4). It is achieved by a method for producing a catalyst for low temperature fuel cells containing.
그리고, 이때, 상기 제조된 로듐 또는 루테늄만을 함유하는 백금-은 또는 백금-금 촉매의 경우, 상기 제조 방법은, 상기 제조된 촉매를, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 질소 분위기하에서 열처리하는 단계(S1-5, S2-5);를 더 포함하는 것이 바람직하다.In this case, in the case of the platinum-silver or platinum-gold catalyst containing only the prepared rhodium or ruthenium, the manufacturing method includes the steps of: impregnating the prepared catalyst in a cerium nitrate solution, drying, and then heat-treating it under nitrogen atmosphere. (S1-5, S2-5); It is preferable to further include.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 저온 연료 전지용 촉매의 제조에 있어서, 각각 제조된, 클로로백금산 용액, 질산은 용액 또는 염화금산 용액, 및 로듐트리클로라이드 용액을 혼합하는 단계(S3-1); 상기 혼합된 용액들을, 카본블랙 수용액에 주입하고, 이에 수산화나트륨 용액과 포름알데히드 용액을 주입하여, 혼합하는 단계(S3-2); 및 상기 혼합된 용액을 건조시킨 후, 질소 분위기하에서 열처리하는 단계(S3-3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해서 달성된다.An object of the present invention as described above, further, in the preparation of a catalyst for a low temperature fuel cell, the step of mixing, respectively, the chloroplatinic acid solution, silver nitrate solution or geum chloride solution, and rhodium trichloride solution (S3-1); Injecting the mixed solutions into a carbon black aqueous solution, injecting a sodium hydroxide solution and a formaldehyde solution into the mixture, and mixing them (S3-2); And drying the mixed solution, and then performing heat treatment in a nitrogen atmosphere (S3-3). A method of manufacturing a catalyst for a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter is provided.
그리고, 상기 제조 방법은, 상기 제조된 촉매를, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 질소 분위기하에서 열처리하는 단계(S3-4);를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the manufacturing method, the impregnated in the cerium nitrate solution and dried, the heat treatment in a nitrogen atmosphere (S3-4); preferably further comprises a.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 클로로백금산 용액에, 카본블랙 또는 카본 나노튜브를 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기하에서 열처리를 하는 단계(S4-1); 상기 열처리된 것을, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 공기 중에서 열처리를 하는 단계(S4-2); 상기 열처리 된 것을, 질산은 용액 또는 염화금산 용액 및 로듐 함유 함침 용액으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 용액에 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리를 하는 단계(S4-3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, further, impregnating and drying carbon black or carbon nanotubes in a chloroplatinic acid solution, followed by heat treatment in a hydrogen atmosphere (S4-1); Impregnating the heat treated material with a cerium nitrate solution and drying the same, followed by heat treatment in air (S4-2); Impregnating the heat-treated with one or more solutions selected from the group consisting of a silver nitrate solution or a gold chloride solution and a rhodium-containing impregnation solution, followed by drying and heat treatment in a hydrogen atmosphere (S4-3). It is achieved by a method for producing a catalyst for low temperature fuel cells containing an oxygen adsorption promoter.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 탄소, 발수 물질 및 유기 용매를 포함한 확산층을 탄소천 또는 탄소종이에 도포하는 단계(S5-1); 및 제조되는 촉매의 분말, 수소이온전도체 이오노머, 및 유기용매를 포함하는 촉매 잉크를 상기 확산층에 도포하는 단계(S5-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 전극 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, furthermore, applying a diffusion layer containing carbon, a water-repellent material and an organic solvent to a carbon cloth or carbon paper (S5-1); And applying a catalyst ink including a powder of a catalyst to be prepared, a hydrogen ion conductor ionomer, and an organic solvent to the diffusion layer (S5-2). It is achieved by an electrode manufacturing method.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 기체 확산층 위에, 카본블랙과 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE) 혼합물을 도포한 후, 이를 클로로백금산 용액에 함침시키고 건조한 후, 이를 질산은 용액 또는 염화금산 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소분위기에서 열처리하는 단계(S6-1); 상기 열처리 된 것을, 로듐트리클로라이드 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소분위기에서 열처리하는 단계(S6-2); 상기 열처리 된 것을, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 질소 분위기하에서 열처리하는 단계(S6-3); 및 상기 열처리 된 것을, 수소이온전도체인 이오노머 용액에 함침시킨 후 건조하는 단계(S6-4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, also, after applying a mixture of carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) on the gas diffusion layer, it is impregnated in chloroplatinic acid solution and dried, and then it is impregnated in silver nitrate solution or geum chloride solution After drying, heat treatment in a hydrogen atmosphere (S6-1); After the heat treatment, the impregnated in the rhodium trichloride solution and dried, the step of heat treatment in a hydrogen atmosphere (S6-2); After the heat treatment, the impregnated in a cerium nitrate solution and dried, heat treatment in a nitrogen atmosphere (S6-3); And impregnating the heat-treated thing with the ionomer solution, which is a hydrogen ion conductor, and then drying (S6-4). The method for preparing a catalyst for a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter, comprising: .
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 백금-루테늄 블랙 또는 탄소에 담지된 백금-루테늄 촉매를, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하는 단계(S7-1);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above, further, the platinum-ruthenium catalyst supported on platinum-ruthenium black or carbon, impregnated in a cerium nitrate solution and dried, and then heat-treating in a hydrogen atmosphere (S7-1); comprising It is achieved by a method for producing a catalyst for low temperature fuel cells containing an oxygen adsorption promoter.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 클로로백금산 용액, 질산은 용액 또는 염화금산 용액, 그리고 클로로루테늄 용액에 카본블랙을 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기하에서 열처리하는 단계(S8-1); 및 상기 열처리한 것을, 질산세륨 용액에 함침시키고 건조한 후, 공기 중에서 열처리하는 단계(S8-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, further, impregnated with carbon black in a chloroplatinic acid solution, a silver nitrate solution or a gold chloride solution, and a chlororuthenium solution and dried, followed by heat treatment in a hydrogen atmosphere (S8-1); And impregnating a cerium nitrate solution with the heat treatment, followed by drying, followed by heat treatment in air (S8-2). Achievable by the method for preparing a catalyst for a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter, characterized in that it comprises a. do.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, 백금-루테늄 블랙 또는 탄소에 담지된 백금-루테늄 촉매를, 질산은 용액 또는 염화금산 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하는 단계(S9-1); 및 상기 열처리한 것을, 로듐트리클로라이드 용액과 질산세륨 용액에 순서대로 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하는 단계(S9-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, further, impregnating a platinum-ruthenium catalyst supported on platinum-ruthenium black or carbon with a silver nitrate solution or a gold chloride solution and drying, followed by heat treatment in a hydrogen atmosphere (S9-1); And a step of impregnating the heat treatment with the rhodium trichloride solution and the cerium nitrate solution in order and drying, followed by heat treatment in a hydrogen atmosphere (S9-2). Low temperature fuel containing an oxygen adsorption promoter, comprising: It is achieved by a method for producing a battery catalyst.
이하, 본 발명에 따른 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 저온 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 저온 연료 전지에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a catalyst for a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter according to the present invention, a method for manufacturing the same, an electrode for a low temperature fuel cell manufactured using the same, a method for manufacturing the same, and a low temperature fuel cell including the electrode will be described in detail. .
본 발명은, 환원극 촉매에 있어서, 백금-은 또는 백금-금 모촉매에, 산소를 선택적으로 저장 및 방출하고, 산소 전도도를 가지며, 저온에서 일산화탄소의 산화 반응이 용이한 조촉매로, 로듐, 루테늄, 또는 세리아 성분, 또는 이러한 물질들의 복합체를 함유시켜, 특히 환원극에 산소의 분압이 낮은 공기를 사용할 경우, 공기 중에서 선택적으로 산소를 백금 촉매에 공급해 주고, 크로스오버된 메탄올에 의해 발생되는 일산화탄소를 제거함으로써, 백금촉매의 비활성화를 감소시키고 전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 그 기술적 사상의 바탕으로 하고, 또한, 본 발명은, 산화 전극의 촉매에 있어서, 상기와 같은 촉매를 적용함으로써, 메탄올 산화 특성과 일산화탄소에 대한 내피독성이 우수하게 됨을 그 기술적 사상의 바탕으로 한다.In the cathode catalyst, the present invention provides a platinum-silver or platinum-gold mother catalyst, which selectively stores and releases oxygen, has an oxygen conductivity, and facilitates oxidation reaction of carbon monoxide at low temperature. By containing ruthenium, or ceria, or a complex of these materials, especially when air having a low partial pressure of oxygen is used in the reduction electrode, it selectively supplies oxygen to the platinum catalyst in the air, and carbon monoxide generated by the crossover methanol Based on the technical idea that the deactivation of the platinum catalyst can be reduced and the performance of the battery can be improved by removing the catalyst, and the present invention further provides a catalyst for the oxidation electrode by applying the catalyst as described above. It is based on the technical idea that oxidative properties and endothelial toxicity to carbon monoxide are excellent.
먼저, 본 발명에 따른 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매, 이를 포함하는 전극에 대하여 상술한다.First, a catalyst for a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter according to the present invention and an electrode including the same will be described in detail.
본 발명에 따른 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매는, 저온 연료 전지용 전극 촉매에 있어서, 주촉매인, 백금-은 촉매 또는 탄소에 담지된 백금-은 촉매나, 백금-금 촉매 또는 탄소에 담지된 백금-금 촉매에, 조촉매로서, 로듐을 함유시키거나, 또는 세리아 성분을 함유시키거나, 또는 루테늄을 함유시키거나, 또는 로듐과 세리아 성분의 복합체를 함유시키거나, 또는 루테늄 및 세리아 성분의 복합체를 함유시키도록 한다.The catalyst for low temperature fuel cells containing the oxygen adsorption promoter according to the present invention is a platinum-silver catalyst or a platinum-silver catalyst supported on carbon, or a platinum-gold catalyst or carbon, which is a main catalyst in an electrode catalyst for low temperature fuel cells. To the platinum-gold catalyst supported thereon as a co-catalyst containing rhodium, or containing ceria components, or containing ruthenium, or containing a complex of rhodium and ceria components, or ruthenium and ceria Contains a complex of ingredients.
상기 로듐, 또는 상기 세리아 성분, 또는 상기 루테늄, 또는 상기 로듐과 세리아 성분의 복합체, 또는 상기 루테늄 및 세리아 성분의 복합체는, 하기로부터 더욱 분명하여 지는 바와 같이, 산소 환원 반응의 활성 및 메탄올 산화 반응의 특성을 증가시켜 저온 연료 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.The rhodium, or the ceria component, or the ruthenium, or the complex of the rhodium and ceria component, or the complex of the ruthenium and ceria component, is more apparent from the activity of the oxygen reduction reaction and the methanol oxidation reaction, as will be clearer from the following. Increasing the characteristics can improve the performance of low temperature fuel cells.
본 발명에 따른, 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지의 전극은, 발수 처리된 다공성의 탄소천 또는 탄소 종이 위에, 기체 및 액체 반응물의 확산을 확산층이 형성되고, 그 위에 상기 조촉매를 함유하는 촉매와 고분자 전해질인 이오노머, 유기용매를 포함하는 촉매층이 형성된다.The electrode of a low temperature fuel cell containing an oxygen adsorption promoter according to the present invention, on the water-repellent porous carbon cloth or carbon paper, a diffusion layer is formed on the diffusion layer of gas and liquid reactants, and the promoter is contained thereon. A catalyst layer comprising a catalyst, an ionomer which is a polymer electrolyte, and an organic solvent is formed.
또한, 본 발명에 따른 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지는, 그 단위 전지의 경우, 상기와 같이 제조된 산화 전극 또는 환원 전극과, 그 사이에 개재되는 통상의 전해질 막, 예를 들어 수소이온교환막이 압착되어 구성되는 막-전해질 접합체(MEA)와, 메탄올 용액 및 산소 또는 공기의 저장조 및 집전체로 구성되고, 이에 가스의 기밀성을 유지하기 위한 가스켓이 함께 장착된다.In addition, the low temperature fuel cell containing the oxygen adsorption promoter according to the present invention, in the case of the unit cell, an oxidation electrode or a reduction electrode prepared as described above, and a conventional electrolyte membrane interposed therebetween, for example, hydrogen A membrane-electrolyte assembly (MEA) formed by compressing an ion exchange membrane, and a methanol solution, a storage tank of oxygen or air, and a current collector, are equipped with a gasket for maintaining gas tightness.
다음으로, 본 발명에 따른 산소 흡착 조촉매를 함유하는 저온 연료 전지용 촉매의 제조방법, 상기 촉매를 포함하는 전극의 제조 방법에 대하여 상술한다.Next, the manufacturing method of the catalyst for low temperature fuel cells containing an oxygen adsorption promoter according to this invention, and the manufacturing method of the electrode containing this catalyst are explained in full detail.
본 발명에서는 조촉매로, 로듐, 또는 세리아 성분, 또는 루테늄, 또는 로듐 및 세리아 성분의 복합체, 또는 루테늄 및 세리아 성분의 복합체를 주촉매인 백금-은 촉매 또는 탄소에 담지된 백금-은 촉매나, 백금-금 촉매 또는 탄소에 담지된 백금-금 촉매에 함유하게 하는 다단계 전극 촉매 제조 방법을 제안한다.In the present invention, as a cocatalyst, a platinum-silver catalyst or a carbon-supported platinum-silver catalyst having a rhodium or ceria component or a ruthenium or a complex of rhodium and ceria components or a complex of ruthenium and ceria components as a main catalyst, A method for preparing a multistage electrode catalyst for inclusion in a platinum-gold catalyst or a platinum-gold catalyst supported on carbon is proposed.
이를 위해, 저온 연료 전지용 촉매를 제조하는 방법으로서, 하기하는 바와 같이, 주촉매인 백금-은 촉매 또는 백금-금 촉매에 대하여, 세리아 성분, 로듐, 또는 루테늄을 함유하는 3원 촉매를 제조하거나, 또는 세리아 성분, 로듐, 또는 루테늄 중 2개 이상을 함유하는 4원 또는 5원 촉매를 제조하는 방법을 수행한다. To this end, as a method for producing a catalyst for a low temperature fuel cell, a ternary catalyst containing a ceria component, rhodium, or ruthenium is prepared for the main catalyst, a platinum-silver catalyst or a platinum-gold catalyst, as described below; Or a process for producing a four or five membered catalyst containing two or more of the ceria component, rhodium, or ruthenium.
이때, 각각의 3원 촉매, 4원 또는 5원 촉매는 30∼99 wt.%의 백금, 0.1∼10 wt.%의 은 또는 금, 1∼70 wt.% 의 루테늄 또는 로듐, 그리고 0.1∼10 wt.%의 세리아 성분을 포함하는 것이 전지의 성능 향상의 측면에서 바람직하다.Wherein each of the three-, four- or five-membered catalysts comprises 30-99 wt.% Platinum, 0.1-10 wt.% Silver or gold, 1-70 wt.% Ruthenium or rhodium, and 0.1-10 It is preferable to include the wt.% ceria component from the viewpoint of improving the performance of the battery.
먼저, 본 발명에 따른 촉매의 제조에 대하여 상술한다. First, the preparation of the catalyst according to the present invention will be described in detail.
우선, 3원 촉매의 제조 방법은 다음과 같다.First, the manufacturing method of a three way catalyst is as follows.
즉, 모촉매로서 백금-은 또는 백금-금 촉매를 우선 제조하는데, 예를 들어, 백금 블랙 또는 탄소에 담지된 백금을, 질산은 또는 염화금산 용액에 함침시킨 후, 건조하고, 질소분위기에서 열처리하고, 분말화하여, 백금-은 또는 백금-금 촉매를 제조하도록 한다(S1-1).That is, a platinum-silver or platinum-gold catalyst is first prepared as a mother catalyst. For example, platinum black or carbon-supported platinum is impregnated in a silver nitrate or gold chloride solution, then dried and heat-treated in a nitrogen atmosphere. Powdered, to prepare a platinum-silver or platinum-gold catalyst (S1-1).
또는, 백금-은 또는 백금-금 촉매의 제조를 위해, 탄소 분말 예를 들어 카본 블랙을 증류수에 넣고 분산시킨후, 상기 제조된 카본 블랙 용액에, 백금 함유 수용성 화합물 또는 백금 함유 착염, 질산은 또는 염화금산 용액 및 환원제를 넣어 교반하고, 세척 후, 건조하고, 수소분위기 하에서 열처리하고, 분말화하는 방법을 사용할 수 있다(S2-1).Alternatively, to prepare a platinum-silver or platinum-gold catalyst, a carbon powder such as carbon black is dispersed in distilled water, and then dispersed in the prepared carbon black solution, a platinum-containing water-soluble compound or a platinum-containing complex salt, silver nitrate or chloride It is possible to use a method of adding the acid solution and the reducing agent, stirring, washing, drying, heat treatment under a hydrogen atmosphere, and powdering (S2-1).
이때, 상기 백금 함유 수용성 화합물 또는 백금 함유 착염으로는, 클로로백금산, 클로로백금산 암모늄, 히드록시디술파이트 백금(II)산, 브로모백금산, 백금트리클로라이드, 백금테트라클로라이드 수화물, 백금 디클로로카보닐 디클로라이드, 디니트로디아미노백금 및 테트라니트로백금산나트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나를 사용할 수 있다.At this time, as the platinum-containing water-soluble compound or platinum-containing complex salt, chloroplatinic acid, ammonium chloroplatinate, hydroxydisulfite platinum (II) acid, bromoplatinic acid, platinum trichloride, platinum tetrachloride hydrate, platinum dichlorocarbonyl di One selected from the group consisting of chloride, dinitrodiaminoplatinum and sodium tetranitroplatinate can be used.
그리고, 이때, 상기 카본 블랙으로는, 벌칸 XC-72(Vulcan XC-72), 블랙 펄 2000(Black Pearl 2000), 컨덕텍스(Conductex 975), 덴카블랙, 아세틸렌 블랙, 및 케첸 블랙으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 그 외에도 카본 나노 튜브를 사용할 수 있다.At this time, the carbon black is selected from the group consisting of Vulcan XC-72, Black Pearl 2000, Conductex 975, Denka Black, Acetylene Black, and Ketjen Black. One may be used, in addition to that, carbon nanotubes may be used.
이와 같이, 백금-은 또는 백금-금 촉매를 제조한 다음, 그 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를 이용하여, 산소를 선택적으로 흡착 및 방출하고, 산소 전도도를 가지며, 저온에서 일산화탄소의 산화 반응이 용이한, 로듐, 루테늄 또는 특히 세리아 성분등의 금속산화물을 함유하는 백금-은 또는 백금-금 촉매를 다음과 같이 제조한다.As such, a platinum-silver or platinum-gold catalyst is prepared, and then the prepared platinum-silver or platinum-gold catalyst is used to selectively adsorb and release oxygen, have an oxygen conductivity, and oxidize carbon monoxide at low temperatures. A platinum-silver or platinum-gold catalyst containing a metal oxide such as rhodium, ruthenium or in particular a ceria component, which is easy to react, is prepared as follows.
즉, 세리아 성분을 함유하는 3원 촉매를 제조할 경우에는, 상기와 같이 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 세리아 성분을 함유하는 용액에 수차례 반복하여 함침시킨 후, 건조하고, 질소분위기에서 열처리하는 단계를 거치도록 한다(S1-2, S2-2).That is, when preparing a three-way catalyst containing a ceria component, the platinum-silver or platinum-gold catalyst prepared as described above is repeatedly impregnated in a solution containing a ceria component several times, then dried, and nitrogen. To undergo a heat treatment in the atmosphere (S1-2, S2-2).
이때, 상기 세리아 성분은, 세리아 또는 세리아에 가돌로늄(Gd), 지르코늄(Zr), 사마리움(Sm), 이트리움(Y), 스트론튬(Sr), 란타늄(La), 칼슘(Ca), 및 이들의 산화물 중 하나 이상이 30% 이하로 도핑되어 있는 것을 의미한다. At this time, the ceria component, gerianium (Gd), zirconium (Zr), samarium (Sm), yttrium (Y), strontium (Sr), lanthanum (La), calcium (Ca), And at least one of these oxides is doped to 30% or less.
한편, 로듐을 함유하는 3원 촉매를 제조할 경우에는, 상기와 같이 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 로듐 함유 함침 용액에 함침시킨 후, 건조하고, 수소 분위기하에서 열처리하도록 한다(S1-3, S2-3).On the other hand, in the case of preparing a rhodium-containing three-way catalyst, the platinum-silver or platinum-gold catalyst prepared as described above is impregnated in the rhodium-containing impregnation solution, and then dried and heat-treated under hydrogen atmosphere (S1). -3, S2-3).
이때, 상기 로듐 함유 함침 용액으로서, 로듐트리클로라이드, 헥사아민로듐클로라이드, 로듐카보닐클로라이드, 로듐트리클로라이드수화물, 질산로듐, 헥사클로로로듐산나트륨 및 헥사니트로로듐산나트륨로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나의 로듐계 용액을 사용할 수 있다.At this time, as the rhodium-containing impregnation solution, one selected from the group consisting of rhodium trichloride, hexaamine rhodium chloride, rhodium carbonyl chloride, rhodium trichloride hydrate, rhodium nitrate, sodium hexachlororhodate and sodium hexanitrolodate Rhodium-based solutions can be used.
또한, 로듐을 함유하는 3원 촉매의 제조를 위해, 다음의 방법을 사용할 수도 있다.In addition, the following method may be used for production of a ternary catalyst containing rhodium.
즉, 예를 들어, 클로로백금산 용액, 질산은 용액 또는 염화금산 용액, 로듐트리클로라이드 용액을 각각 제조하고, 이들을 혼합한 후(S3-1), 이를 카본블랙 수용액에 주입시키고, 이에 수산화나트륨 용액과 포름알데히드 용액을 천천히 주입하여, 혼합한다(S3-2). 이를 건조시킨 후, 질소 분위기하에서 열처리를 하면, 로듐이 함유된 백금-은 또는 백금-금 촉매를 얻을 수 있다(S3-3).That is, for example, a chloroplatinic acid solution, a silver nitrate solution or a gold chloride solution, and a rhodium trichloride solution are prepared, respectively, and mixed (S3-1), and then injected into a carbon black aqueous solution, and thus sodium hydroxide solution and form The aldehyde solution is slowly injected and mixed (S3-2). After drying it, heat treatment is performed under nitrogen atmosphere to obtain a platinum-silver or platinum-gold catalyst containing rhodium (S3-3).
다른 한편, 로듐을 함유하는 3원 촉매의 제조를 위해, 다음의 방법을 사용할 수도 있다.On the other hand, for the production of ternary catalysts containing rhodium, the following method may be used.
즉, 클로로백금산 용액에, 카본블랙 또는 카본 나노튜브를 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기하에서 열처리를 한 후 분말을 제조한다(S4-1). 이어, 상기 분말을, 질산세륨에 함침시키고, 건조한 후, 공기 중에서 열처리를 하여, 세리아가 담지된 촉매 분말을 제조한다(S4-2). 상기 촉매 분말을, 질산은 또는 염화금산 용액과, 로듐 함유 함침 용액에 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리를 한다(S4-3).That is, the chloroplatinic acid solution is impregnated with carbon black or carbon nanotubes, dried and heat-treated under hydrogen atmosphere to prepare a powder (S4-1). Subsequently, the powder is impregnated with cerium nitrate, dried, and then heat-treated in air to prepare a ceria-supported catalyst powder (S4-2). The catalyst powder is impregnated with a silver nitrate or gold chloride solution and a rhodium-containing impregnation solution, dried and then heat-treated in a hydrogen atmosphere (S4-3).
이때, 상기 로듐 함유 함침 용액으로서, 로듐트리클로라이드, 헥사아민로듐클로라이드, 로듐카보닐클로라이드, 로듐트리클로라이드수화물, 질산로듐, 헥사클로로로듐산나트륨 및 헥사니트로로듐산나트륨로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나의 로듐계 용액을 사용할 수 있음은 상기한 바와 같다.At this time, as the rhodium-containing impregnation solution, one selected from the group consisting of rhodium trichloride, hexaamine rhodium chloride, rhodium carbonyl chloride, rhodium trichloride hydrate, rhodium nitrate, sodium hexachlororhodate and sodium hexanitrolodate The rhodium-based solution can be used as described above.
한편, 루테늄을 함유하는 3원 촉매를 제조할 경우에는, 상기와 같이 제조된 백금-은 또는 백금-금 촉매를, 루테늄 함유 함침 용액에 함침시킨 후, 건조하고, 수소 분위기에서 열처리하도록 한다(S1-4, S2-4).On the other hand, in the case of preparing a ruthenium-containing three-way catalyst, the platinum-silver or platinum-gold catalyst prepared as described above is impregnated in the ruthenium-containing impregnation solution, and then dried and heat-treated in a hydrogen atmosphere (S1). -4, S2-4).
또한, 백금-루테늄 블랙 또는 탄소에 담지된 백금-루테늄 촉매를, 질산세륨 용액에 함침시키고, 건조하고(S7-1), 상기 건조된 것을 수소 분위기하에서 열처리하여 세리아가 함유된 백금-루테늄 3원 촉매를 제조할 수도 있다(S7-2). Further, platinum-ruthenium black or carbon-supported platinum-ruthenium catalyst was impregnated in a cerium nitrate solution, dried (S7-1), and the dried material was heat-treated under a hydrogen atmosphere to form a platinum-ruthenium ternary source. A catalyst may also be prepared (S7-2).
다음으로, 4원 촉매의 제조 방법은 다음과 같다.Next, the manufacturing method of a four-way catalyst is as follows.
앞서 기술한 바와 같이, 로듐을 함유하는 백금-은-로듐 또는 백금-금-로듐의 3원 촉매가 제조된 경우, 이와 같이 제조된 촉매를 질산세륨에 함침, 건조후 질소 분위기에서 열처리하여 백금-은-로듐-세리아 또는 백금-금-로듐-세리아 4원 촉매를 제조할 수 있다.As described above, when a ternary catalyst of platinum-silver-rhodium or platinum-gold-rhodium containing rhodium is prepared, the catalyst thus prepared is impregnated with cerium nitrate, dried and then heat treated in a nitrogen atmosphere to provide platinum- Silver-rhodium-ceria or platinum-gold-rhodium-ceria quaternary catalysts can be prepared.
한편, 4원 촉매의 제조를 위해서는, 또한 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.On the other hand, for the production of the four-way catalyst, the following method can also be used.
즉, 클로로백금산 용액에, 카본블랙 또는 카본 나노튜브를 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기하에서 열처리를 한 후 분말을 제조한다(S4-1). 이어, 상기 분말을, 질산세륨에 함침시키고, 건조한 후, 공기 중에서 열처리를 하여, 세리아가 담지된 촉매 분말을 제조한다(S4-2). 상기 촉매 분말을, 질산은 용액 또는 염화금산 용액, 그리고 로듐 함유 함침 용액에 순서대로 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리를 하여, 백금-은-로듐-세리아 또는 백금-금-로듐-세리아의 4원 촉매를 제조한다(S4-3).That is, the chloroplatinic acid solution is impregnated with carbon black or carbon nanotubes, dried and heat-treated under hydrogen atmosphere to prepare a powder (S4-1). Subsequently, the powder is impregnated with cerium nitrate, dried, and then heat-treated in air to prepare a ceria-supported catalyst powder (S4-2). The catalyst powder was impregnated in a silver nitrate solution or a gold chloride solution, and a rhodium-containing impregnation solution in that order, dried, and then heat-treated in a hydrogen atmosphere to obtain platinum-silver-rhodium-ceria or platinum-gold-rhodium-ceria. The original catalyst is prepared (S4-3).
이때, 상기 로듐 함유 함침 용액으로서, 로듐트리클로라이드, 헥사아민로듐클로라이드, 로듐카보닐클로라이드, 로듐트리클로라이드수화물, 질산로듐, 헥사클로로로듐산나트륨 및 헥사니트로로듐산나트륨로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나의 로듐계 용액을 사용할 수 있음은 앞서 언급된 바와 같다.At this time, as the rhodium-containing impregnation solution, one selected from the group consisting of rhodium trichloride, hexaamine rhodium chloride, rhodium carbonyl chloride, rhodium trichloride hydrate, rhodium nitrate, sodium hexachlororhodate and sodium hexanitrolodate The rhodium-based solution can be used as mentioned above.
다른 한편, 4원 촉매의 다른 제조 방법으로서, 다음과 같은 방법을 적용할 수 있다.On the other hand, as another manufacturing method of a four-way catalyst, the following method is applicable.
즉, 기체 확산층 위에, 카본블랙과 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE) 혼합물을 스크린 프린팅법을 이용하여 도포한 후, 이를 클로로백금산 용액과 질산은 용액 또는 염화백금산 용액에 순서대로 함침시키고, 건조한 후, 이를 180∼300℃의 수소 분위기에서 열처리하고(S6-1), 상기 전극을 로듐트리클로라이드 용액에 함침, 건조시킨 후 350℃의 수소분위기에서 열처리를 하여 분말화한다(S6-2). 이를 질산세륨 용액에 함침시키고, 건조한 후, 질소 분위기하에서 열처리하고(S6-3), 수소이온전도체인 이오노머 용액을 함침시킨 후, 건조하여 카본블랙에 담지된 백금-은-로듐-세리아 또는 백금-금-로듐-세리아의 4원 촉매로 이루어진 전극을 제조한다(S6-4).That is, a carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) mixture is applied to the gas diffusion layer by screen printing, and then impregnated in the chloroplatinic acid solution and the silver nitrate solution or the chloroplatinic acid solution in this order, dried, and then 180 Heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere of ˜300 ° C. (S6-1), the electrode is immersed in a rhodium trichloride solution, dried, and heat-treated in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to powder (S6-2). It was impregnated with a cerium nitrate solution, dried, and then heat treated under a nitrogen atmosphere (S6-3), impregnated with an ionomer solution, a hydrogen ion conductor, and then dried and supported on carbon black by platinum-silver-rhodium-ceria or platinum- An electrode consisting of a four-way catalyst of gold-rhodium-ceria is prepared (S6-4).
한편, 앞서 기술한 바와 같이, 루테늄을 함유하는 백금-은-루테늄 또는 백금-금-루테늄의 3원 촉매가 제조된 경우, 이와 같이 제조된 촉매를 질산세륨에 함침, 건조후 질소 분위기에서 열처리하여 백금-은-루테늄-세리아 또는 백금-금-루테늄-세리아 4원 촉매를 제조할 수 있다.On the other hand, as described above, when a three-way catalyst of platinum-silver-ruthenium or platinum-gold-ruthenium containing ruthenium is prepared, the catalyst thus prepared is impregnated with cerium nitrate, and heat-treated in a nitrogen atmosphere after drying. Platinum-silver-ruthenium-ceria or platinum-gold-ruthenium-ceria quaternary catalysts can be prepared.
다른 한편, 4원 촉매의 다른 제조 방법으로서, 다음과 같은 방법을 적용할 수 있다.On the other hand, as another manufacturing method of a four-way catalyst, the following method is applicable.
즉, 클로로백금산 용액, 질산은 용액 또는 염화금산 용액, 그리고 클로로루테늄 용액에 카본블랙, 예를 들어 벌칸 XC-72를 함침시키고, 건조한 후, 수소 분위기하에서 열처리하고(S8-1), 상기 열처리한 분말을 질산세륨에 함침시키고, 건조한 후, 공기 중에서 열처리하여, 루테늄과 세리아가 담지된 백금-은 또는 백금-금 촉매 분말을 제조할 수 있다(S8-2). That is, the chloroplatinic acid solution, the silver nitrate solution or the gold chloride solution, and the chlororuthenium solution are impregnated with carbon black, for example, Vulcan XC-72, dried, and then heat treated in a hydrogen atmosphere (S8-1), and the powder subjected to the heat treatment. Is impregnated with cerium nitrate, dried, and then heat-treated in air to prepare a platinum-silver or platinum-gold catalyst powder loaded with ruthenium and ceria (S8-2).
다음으로, 5원 촉매의 제조 방법은 다음과 같다.Next, the manufacturing method of a 5-membered catalyst is as follows.
백금-루테늄 블랙 또는 탄소에 담지된 백금-루테늄 촉매를, 질산은 용액 또는 염화금산 용액에 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하고(S9-1), 상치 열처리한 것을 로듐트리클로라이드 용액과 질산 세륨 용액에 순서대로 함침시키고 건조한 후, 수소 분위기에서 열처리하여(S9-2), 백금-은-루테늄-로듐-세리아 또는 백금-금-루테늄-로듐-세리아의 5원 촉매를 제조할 수 있다.A platinum-ruthenium catalyst supported on platinum-ruthenium black or carbon was impregnated in a silver nitrate solution or a gold chloride solution, dried, and then heat-treated in a hydrogen atmosphere (S9-1), followed by an anneal solution of rhodium trichloride and cerium nitrate Impregnated in order and dried and then heat treated in a hydrogen atmosphere (S9-2) to prepare a five-way catalyst of platinum-silver-ruthenium-rhodium-ceria or platinum-gold-ruthenium-rhodium-ceria.
상기와 같이 제조된 촉매를 이용하여, 저온 연료 전지용 전극을 제조하는 방법은 다음과 같다.Using the catalyst prepared as described above, a method for producing an electrode for a low temperature fuel cell is as follows.
즉, 우선, 탄소, 발수 물질 및 유기 용매를 포함한 기체 확산층을 탄소천 또는 탄소종이에 도포하도록 하고(S5-1), 상기와 같이 제조된 촉매의 분말, 수소이온전도체 이오노머, 그리고 유기용매를 포함하는 촉매 잉크를 상기 기체 확산층상에 도포시켜 전극을 제조한다(S5-2). That is, first, a gas diffusion layer containing carbon, a water repellent, and an organic solvent is applied to a carbon cloth or carbon paper (S5-1), and the powder of the catalyst prepared as described above, a hydrogen ion conductor ionomer, and an organic solvent are included. The catalyst ink is coated on the gas diffusion layer to prepare an electrode (S5-2).
이와 같은 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 연료 전지에 따르면, 크로스오버된 메탄올에 의해 발생되는 일산화탄소를 제거함으로써 백금 촉매의 비활성화를 감소시키고, 산소 환원 활성 및 메탄올 산화 활성을 향상시켜, 저온 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 백금-은 또는 백금-금 촉매에 로듐, 루테늄, 또는 세리아 성분, 또는 이러한 물질들의 복합체를 함유하는 본 발명에 따르는 전극 촉매는, 공기 중에서 선택적으로 산소를 흡착하여 백금 촉매에 공급해 주어, 산소 분압이 낮은 공기를 환원극에 사용할 경우에도, 향상된 전지 성능을 얻을 수 있다. According to the catalyst for a fuel cell containing such an oxygen adsorption promoter, a manufacturing method thereof, a fuel cell electrode manufactured using the same, a manufacturing method thereof, and a fuel cell including the electrode, carbon monoxide generated by the crossover methanol By eliminating this, the deactivation of the platinum catalyst can be reduced, and the oxygen reduction activity and the methanol oxidation activity can be improved, thereby improving the performance of the low temperature fuel cell. In particular, the electrode catalyst according to the invention which contains a rhodium, ruthenium, or ceria component in a platinum-silver or platinum-gold catalyst, or a complex of these materials, selectively adsorbs oxygen in air and supplies it to the platinum catalyst. Even when low partial pressure air is used for the cathode, improved battery performance can be obtained.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것이 아니고 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있으며, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples, and various forms of embodiments can be implemented within the scope of the appended claims, and the following examples are only common in the art while making the disclosure of the present invention complete. It is intended to facilitate the implementation of the invention to those with knowledge.
[실시예1]Example 1
본 실시예1은 은을 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 제조에 관한 것이다.This Example 1 relates to the production of a platinum catalyst supported on carbon black containing silver.
클로로백금산(H2PtCl6) 1g을 200ml 증류수에 용해시킨 후, 60wt.% NaHSO3 4g을 주입하여 1시간 동안 교반시켰다. 이 때, 황색의 용액은 무색의 투명한 용액으로 변하였다. 이어 증류수 500ml로 희석한 후, 0.6M 탄산나트륨 수용액(Na2CO3 0.7631g + 증류수 12ml)을 첨가하여 pH를 5로 조절하였다. 이 용액에 과산화수소 30ml를 1ml/min의 속도로 천천히 주입하였고, 이 때 5wt.% 수산화나트륨 수용액(NaOH 5g +증류수 95g)으로 pH를 4∼4.5로 유지하였다. 이어 0.8577g의 카본(벌칸 XC-72R)을 투입하고, 수소 버블링(H2 bubbling)하에서 4시간 환원시킨 후, 증류수로 수회 세척, 진공에서 하루 동안 건조시켰다. 상기와 같이 제조한 카본에 담지된 백금 촉매를 질산은 수용액에 함침, 건조시킨 후, 질소 분위기에서 300℃로 2시간 동안 열처리를 하였다.After dissolving 1 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) in 200 ml of distilled water, 4 g of 60 wt.% NaHSO 3 was injected and stirred for 1 hour. At this time, the yellow solution turned into a colorless transparent solution. After dilution with 500 ml of distilled water, a pH of 5 was adjusted by adding 0.6M aqueous sodium carbonate solution (0.7631 g of Na 2 CO 3 + 12 ml of distilled water). 30 ml of hydrogen peroxide was slowly injected into the solution at a rate of 1 ml / min, and the pH was maintained at 4 to 4.5 with 5 wt.% Sodium hydroxide solution (5 g of NaOH + 95 g of distilled water). Following was added a carbon (Vulcan XC-72R) and 0.8577g of 4 hours, reduced in a hydrogen bubbling (H 2 bubbling), washed several times and then dried in vacuum with distilled water for one day. The platinum catalyst supported on carbon prepared as described above was impregnated and dried in an aqueous solution of silver nitrate, and then heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere.
[실시예2]Example 2
본 실시예2는 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 제조에 관한 것이다.This Example 2 relates to the production of a platinum catalyst supported on carbon black containing ceria doped with zirconium.
질산 세륨(Ce(NO3)3) 수용액과 질산 지르코늄(Zr(NO3)4) 수용액을 혼합한 용액에, 암모니아 수용액을 첨가하여, pH 4~5를 유지하였다. 1시간 동안 교반한 후, 세척, 건조시키고, 600℃에서 3시간 동안 소성시켜, 지르코늄이 도핑된 세리아를 제조하였다. 이와 같이 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 증류수에 용해시킨 용액을, 탄소에 담지된 백금 촉매(40wt.%, Pt/C, E-TEK)에 가함으로써 함침시켰다. 오븐에서 하루동안 건조시키고 함침하는 과정을 반복하여 목적하는 양만큼 담지시켰다. 오븐에서 충분히 건조시켜 물을 제거한 후, 열처리 과정을 거쳤다. 담체인 탄소가 산화되는 손실을 방지하기 위하여, 질소 분위기에서 300℃로 2시간 동안 열처리를 하였다. 이렇게 제조된 촉매를 다음 [일반식1]과 같이 표기하였고, 하기 표 1 및 도 1 내지 도 4에 [일반식1]을 이용하여 촉매를 표현하였다.Cerium nitrate (Ce (NO 3) 3) in an aqueous solution and a mixed solution of zirconium nitrate (Zr (NO 3) 4) solution, to the aqueous ammonia solution was added, it was maintained at pH 4 ~ 5. After stirring for 1 hour, washed, dried and calcined at 600 ° C. for 3 hours to prepare a zirconium-doped ceria. The solution prepared by dissolving ceria doped with zirconium in distilled water was impregnated by adding a carbon catalyst (40 wt.%, Pt / C, E-TEK) supported on carbon. Drying and impregnation for one day in an oven were repeated to support the desired amount. After drying sufficiently in an oven to remove the water, it was subjected to a heat treatment process. In order to prevent the loss of carbon as a carrier, heat treatment was performed at 300 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The catalyst thus prepared was expressed as follows [Formula 1], and the catalyst was expressed using Table 1 and FIGS. 1 to 4 using [Formula 1].
[일반식1][Formula 1]
xPyCzAxPyCzA
이때, P는 백금, C는 세리아, A는 첨가물인 지르코늄을 의미하고, x는 백금 촉매중 백금의 무게 퍼센트, y는 백금에 대한 세리아의 무게 퍼센트, z는 세리아에 대한 지르코늄의 무게 퍼센트를 나타낸다.Where P is platinum, C is ceria and A is zirconium as an additive, x is the weight percent of platinum in the platinum catalyst, y is the weight percent of ceria to platinum, and z is the weight percent of zirconium to ceria. .
표 1은 본 실시예2에 따라 제조된 촉매의 비표면적을 나타내는 것이다. Table 1 shows the specific surface area of the catalyst prepared according to Example 2.
상기 표 1로부터 확인 할 수 있듯이, 세리아가 첨가될수록 비표면적이 감소함을 알 수 있었다.As can be seen from Table 1, it can be seen that the specific surface area decreases as ceria is added.
도 1은 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 기공크기 분포를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the pore size distribution of a platinum catalyst supported on carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention.
도 1에서 알 수 있듯이, 세리아가 첨가될수록 촉매의 미세기공에 해당하는 기공부피도 감소하였다.As can be seen in Figure 1, as the ceria is added, the pore volume corresponding to the micropores of the catalyst is also reduced.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 X-선 회절 분석(XRD) 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) of a platinum catalyst supported on carbon black containing zirconium-doped ceria prepared according to Example 2 of the present invention.
도 2에서 알 수 있듯이, 세리아가 첨가되어도 곡선에 나타나지 않는데, 이로부터 세리아가 무정형으로 존재함을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 2, even if the ceria is added to the curve does not appear, from which it can be confirmed that the amorphous present.
이렇게 제조한 분말을 잘게 부순 후, 물과 유기용매(이소프로판올)에 고르게 분산시키고, 여기에 수소이온 전도체인 이오노머를 적당량 첨가하여 촉매 잉크를 제조하였다. 이와 같이 제조한 촉매 잉크를 스프레이 코팅법을 이용하여 탄소-테프론층 위에 도포하여 환원 전극을 준비하였다. 상기 제조된 환원 전극과 산화 전극의 사이에 고분자 전해질막을 넣고, 열간 압착하여 전해질막-전극 접합체(MEA)를 제조하였다.The powder thus prepared was crushed finely, evenly dispersed in water and an organic solvent (isopropanol), and an appropriate amount of ionomer, a hydrogen ion conductor, was added thereto to prepare a catalyst ink. The catalyst ink thus prepared was applied onto the carbon-teflon layer by spray coating to prepare a reduction electrode. A polymer electrolyte membrane was placed between the prepared reduction electrode and the oxidation electrode and hot-pressed to prepare an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA).
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매를 사용한 단위전지의 성능 곡선을 각각 나타내는 것으로, 도 3은 환원극에 산소(250sccm)를 사용한 경우이고, 도 4는 환원극에 공기(250sccm)를 사용한 경우이다.3 and 4 show performance curves of a unit cell using a platinum catalyst supported on a carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention, and FIG. (250 sccm) is used, and FIG. 4 is a case where air (250 sccm) is used for the reduction electrode.
도 4에서 알 수 있듯이, 환원극에 산소대신 공기를 사용하는 경우에도, 기존의 백금 또는 탄소에 담지된 백금만을 사용할 때와 대비하여, 약 30% 가량의 성능 증가를 보였다.As can be seen in Figure 4, even when using the air instead of oxygen in the cathode, compared to using only platinum or carbon supported on the conventional, about 30% of the performance increase was shown.
[실시예3]Example 3
본 실시예3은 로듐과 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금-은 촉매의 제조에 관한 것이다.Example 3 relates to the preparation of a platinum-silver catalyst supported on carbon black containing rhodium and ceria.
실시예1의 백금-은 촉매 분말을 증류수에 넣고 초음파 교반기에서 1시간 동안 교반, 혼합하였다. 다른 한쪽에서는 7.9g 로듐트리클로라이드 용액, 14.47g 질산 세륨 용액을 제조하여, 이를 상기한 바와 같은 방법으로 제조된 카본블랙 용액에 천천히 주입하였다. 상기 혼합물을 1시간동안 교반한 후, 2.5M 수산화나트륨 용액과 37wt.% 포름알데히드 용액을 순차적으로 천천히 주입하였다. 이를 1시간동안 교반하고, 증류수로 수회 세척한 후, 80℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 건조한 촉매를 300℃ 질소 분위기에서 열처리 하였다.The platinum-silver catalyst powder of Example 1 was placed in distilled water and stirred and mixed for 1 hour in an ultrasonic stirrer. On the other hand, a 7.9 g rhodium trichloride solution and a 14.47 g cerium nitrate solution were prepared and slowly injected into the carbon black solution prepared by the method as described above. After the mixture was stirred for 1 hour, 2.5M sodium hydroxide solution and 37 wt.% Formaldehyde solution were sequentially injected slowly. It was stirred for 1 hour, washed several times with distilled water and then dried in an 80 ° C. vacuum oven. The dried catalyst was heat treated in a nitrogen atmosphere at 300 ° C.
이렇게 제조한 분말을 잘게 부순 후, 상기 실시예2와 같은 방법으로 환원 전극과 MEA를 제조하였다. After finely crushing the powder thus prepared, a reduction electrode and MEA were prepared in the same manner as in Example 2.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따라 제조된 로듐과 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금-은 촉매를 사용한 단위전지의 성능 곡선을 각각 나타내는 것으로, 환원극에 공기(250sccm)를 사용한 경우이다.FIG. 5 shows the performance curves of unit cells using platinum-silver catalysts supported on rhodium and ceria-containing carbon black prepared according to Example 3 of the present invention, in which air (250sccm) was used for the cathode. to be.
도 5에서 알 수 있듯이, 탄소에 담지된 백금 상용촉매만을 사용할 때와 대비하여, 약 2배의 성능 증가를 보였다.As can be seen in Figure 5, compared to when using only the carbon commercial catalyst supported on carbon, the performance was increased about 2 times.
[실시예4]Example 4
본 실시예4는 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금-루테늄 촉매의 제조에 관한 것이다.This Example 4 relates to the production of a platinum-ruthenium catalyst supported on carbon black containing ceria.
염화백금산(H2PtCl6) 1g을 200ml 증류수에 용해시킨 후, 60wt.% NaHSO3 4g을 주입하여 1시간 동안 교반시켰다. 이 때, 황색의 용액이 무색의 투명한 용액으로 변하였다. 이어 증류수 500ml로 희석한 후, 0.6M 탄산나트륨 수용액(Na2CO3 0.7631g + 증류수 12ml)을 첨가하여 pH를 5로 조절하였다. 이 용액에 과산화수소 50ml를 1ml/min의 속도로 천천히 주입하고, 이 때 5wt.% 수산화나트륨 수용액(NaOH 5g +증류수 95g)으로 pH를 4~4.5로 유지시켰다. 그 후, 염화루테늄 수용액(RuCl3 0.4692g + 증류수 50ml)을 1ml/min의 일정한 속도로 투입하였고, 마찬가지로 수산화나트륨 수용액을 이용하여 pH를 4~4.5로 유지하였다. 이어서, 카본(벌칸 XC-72R) 0.8577g을 투입하고, 수소 버블링(H2 bubbling)하에서, 4시간 환원시킨 후, 증류수로 수회 세척하고, 진공에서 하루 동안 건조시켰다. 이와 같이 제조된 카본 블랙에 담지된 백금-루테늄 촉매를 질산세륨 수용액에 함침, 건조시킨 후, 300℃ 질소 분위기 하에서 2시간 동안 열처리 하였다.After dissolving 1 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) in 200 ml of distilled water, 4 g of 60 wt.% NaHSO 3 was injected and stirred for 1 hour. At this time, the yellow solution turned into a colorless transparent solution. After dilution with 500 ml of distilled water, a pH of 5 was adjusted by adding 0.6M aqueous sodium carbonate solution (0.7631 g of Na 2 CO 3 + 12 ml of distilled water). 50 ml of hydrogen peroxide was slowly injected into the solution at a rate of 1 ml / min, and the pH was maintained at 4 to 4.5 with 5 wt.% Aqueous sodium hydroxide solution (5 g of NaOH + 95 g of distilled water). Then, an aqueous ruthenium chloride solution (RuCl 3 0.4692 g + 50 ml of distilled water) was added at a constant rate of 1 ml / min, and the pH was maintained at 4 to 4.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. Then, put a carbon (Vulcan XC-72R) 0.8577g, washed in a hydrogen bubbling (H 2 bubbling), several times with distilled water was reduced 4 hours, dried for a day in a vacuum. The platinum-ruthenium catalyst supported on the carbon black thus prepared was impregnated and dried in an aqueous solution of cerium nitrate, and then heat-treated for 2 hours under a nitrogen atmosphere of 300 ° C.
[실시예5]Example 5
본 실시예5는 로듐과 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금-루테늄 촉매의 제조에 관한 것이다.Example 5 relates to the production of a platinum-ruthenium catalyst supported on carbon black containing rhodium and ceria.
실시예4의 백금-루테늄 촉매 분말을 증류수에 넣고 초음파 교반기에서 1시간 동안 교반, 혼합하였다. 다른 한쪽에서는 7.9g 로듐트리클로라이드 용액, 14.47g 질산 세륨 용액을 제조하여, 이를 상기한 바와 같은 방법으로 제조된 카본블랙 용액에 천천히 주입하였다. 상기 혼합물을 1시간동안 교반한 후, 2.5M 수산화나트륨 용액과 37wt.% 포름알데히드 용액을 순차적으로 천천히 주입하였다. 이를 1시간동안 교반하고, 증류수로 수회 세척한 후, 80℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 건조한 촉매를 300℃ 질소 분위기에서 열처리 하였다.The platinum-ruthenium catalyst powder of Example 4 was added to distilled water and stirred and mixed for 1 hour in an ultrasonic stirrer. On the other hand, a 7.9 g rhodium trichloride solution and a 14.47 g cerium nitrate solution were prepared and slowly injected into the carbon black solution prepared by the method as described above. After the mixture was stirred for 1 hour, 2.5M sodium hydroxide solution and 37 wt.% Formaldehyde solution were sequentially injected slowly. It was stirred for 1 hour, washed several times with distilled water and then dried in an 80 ° C. vacuum oven. The dried catalyst was heat treated in a nitrogen atmosphere at 300 ° C.
[실시예6]Example 6
본 실시예6은 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금-금 촉매의 제조에 관한 것이다.This Example 6 relates to the production of a platinum-gold catalyst supported on carbon black containing ceria.
우선 클로로백금산(H2PtCl6) 1g을 200ml 증류수에 용해시킨 후, 60wt.% NaHSO3 4g을 주입하여 1시간 동안 교반시켰다. 이 때, 황색의 용액은 무색의 투명한 용액으로 변하였다. 이어 증류수 500ml로 희석한 후, 0.6M 탄산나트륨 수용액(Na2CO3 0.7631g + 증류수 12ml)을 첨가하여 pH를 5로 조절하였다. 이 용액에 과산화수소 30ml를 1ml/min의 속도로 천천히 주입하였고, 이 때 5wt.% 수산화나트륨 수용액(NaOH 5g +증류수 95g)으로 pH를 4∼4.5로 유지하였다. 이어 0.8577g의 카본(벌칸 XC-72R)을 투입하고, 수소 버블링(H2 bubbling)하에서 4시간 환원시킨 후, 증류수로 수회 세척, 진공에서 하루 동안 건조시켰다. 상기와 같이 제조한 카본에 담지된 백금 촉매를 염화금산 수용액과 질산세륨 수용액에 순차적으로 함침, 건조시킨 후, 질소 분위기에서 300℃로 2시간 동안 열처리를 하였다.First, 1 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) was dissolved in 200 ml of distilled water, and 4 g of 60 wt.% NaHSO 3 was injected and stirred for 1 hour. At this time, the yellow solution turned into a colorless transparent solution. After dilution with 500 ml of distilled water, a pH of 5 was adjusted by adding 0.6M aqueous sodium carbonate solution (0.7631 g of Na 2 CO 3 + 12 ml of distilled water). 30 ml of hydrogen peroxide was slowly injected into the solution at a rate of 1 ml / min, and the pH was maintained at 4 to 4.5 with 5 wt.% Sodium hydroxide solution (5 g of NaOH + 95 g of distilled water). Following was added a carbon (Vulcan XC-72R) and 0.8577g of 4 hours, reduced in a hydrogen bubbling (H 2 bubbling), washed several times and then dried in vacuum with distilled water for one day. The platinum catalyst supported on the carbon prepared as described above was sequentially impregnated and dried in an aqueous solution of chloric acid and an aqueous solution of cerium nitrate, and then heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere.
본 발명의 산소 흡착 조촉매를 함유하는 연료 전지용 촉매, 그 제조방법, 이를 이용하여 제조된 연료 전지용 전극, 그 제조방법 및 그 전극을 포함하는 연료 전지에 따르면, 주촉매인 백금-은 또는 백금-금 촉매를 기초로 하여, 산소를 선택적으로 흡착 및 방출하고, 산소 전도도를 가지며, 저온에서 일산화탄소의 산화 반응이 용이한 로듐, 루테늄이나 세리아 성분, 또는 그들의 복합체를 함유시킴에 의해, 공기 중에서 선택적으로 산소를 백금 촉매에 공급해 주고, 크로스오버된 메탄올에 의해 발생되는 일산화탄소를 제거함으로써, 백금 촉매의 비활성화를 감소시켜, 전지의 성능을 향상시키게 되고, 또한 메탄올 산화 활성과 일산화탄소에 대한 내피독성이 기존의 촉매들보다 우수한 효과를 달성하게 된다. 특히, 본 발명에 따라, 산소 분압이 낮은 공기를 환원극에 사용할 경우에도, 향상된 전지 성능을 얻을 수 있는 효과를 달성한다.According to the catalyst for a fuel cell containing the oxygen adsorption promoter of the present invention, a method for producing the same, a fuel cell electrode manufactured using the same, a method for producing the same, and a fuel cell including the electrode, the main catalyst is platinum-silver or platinum- On the basis of a gold catalyst, it selectively adsorbs and releases oxygen, selectively contains rhodium, ruthenium or ceria components, or complexes thereof, having an oxygen conductivity and facilitating the oxidation reaction of carbon monoxide at low temperatures, selectively in air. By supplying oxygen to the platinum catalyst and removing the carbon monoxide generated by the crossovered methanol, the deactivation of the platinum catalyst is reduced, thereby improving the performance of the cell, and the methanol oxidation activity and the endothelial toxicity to carbon monoxide are Better effects are achieved than catalysts. In particular, according to the present invention, even when air having a low oxygen partial pressure is used in the cathode, an effect of obtaining improved battery performance is achieved.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.
도 1은 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 기공크기 분포를 나타내는 그래프, 1 is a graph showing the pore size distribution of a platinum catalyst supported on carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매의 X-선 회절 분석(XRD) 결과를 나타내는 그래프, 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) of a platinum catalyst supported on a carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매를 사용한, 환원극에 산소를 사용한 경우의 단위전지의 성능 곡선, 3 is a performance curve of a unit cell when oxygen is used in a reduction electrode using a platinum catalyst supported on a carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 지르코늄이 도핑된 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매를 사용한, 환원극에 공기를 사용한 경우의 단위전지의 성능 곡선,4 is a performance curve of a unit cell when air is used in a reduction electrode using a platinum catalyst supported on a carbon black containing ceria doped with zirconium prepared according to Example 2 of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예3에 따라 제조된 로듐과 세리아를 함유한 카본 블랙에 담지된 백금 촉매를 사용한, 환원극에 공기를 사용한 경우의 단위전지의 성능 곡선이다.FIG. 5 is a performance curve of a unit cell when air is used for the reduction electrode using a platinum catalyst supported on carbon black containing rhodium and ceria prepared according to Example 3 of the present invention.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100712195B1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-04-27 | 원무호 | Composition comprising chaga mushroom extract having neuronal cell-protecting activity for preventing and treating brain disease |
KR100728188B1 (en) | 2006-05-16 | 2007-06-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | Cathode catalyst for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising same and fuel cell system comprising same |
KR100778438B1 (en) | 2006-05-16 | 2007-11-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Cathode catalyst for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising same and fuel cell system comprising same |
KR100786870B1 (en) * | 2006-08-23 | 2007-12-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Catalyst for oxidizing carbon monoxide for reformer used in for fuel cell, and fuel cell system comprising same |
KR101397020B1 (en) * | 2007-11-20 | 2014-05-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrocatalyst for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell including the electrode comprising the electrocatalyst |
KR101505572B1 (en) * | 2014-01-10 | 2015-03-25 | 한국과학기술연구원 | PtAu nanoparticle catalyst heat-treated in the presence of CO and method for manufacturing the same |
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Families Citing this family (5)
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KR101068764B1 (en) | 2009-01-08 | 2011-09-28 | 홍익대학교 산학협력단 | The Method for producing an nano-sized powder for hydrogen generation and the nano-sized powder producing by the same method |
KR101025214B1 (en) * | 2009-04-03 | 2011-03-31 | 연세대학교 산학협력단 | The Method for Producing an Electrolyte and the Electrolyte Powder Producing by the Same Method |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100712195B1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-04-27 | 원무호 | Composition comprising chaga mushroom extract having neuronal cell-protecting activity for preventing and treating brain disease |
KR100728188B1 (en) | 2006-05-16 | 2007-06-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | Cathode catalyst for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising same and fuel cell system comprising same |
KR100778438B1 (en) | 2006-05-16 | 2007-11-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Cathode catalyst for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising same and fuel cell system comprising same |
KR100786870B1 (en) * | 2006-08-23 | 2007-12-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Catalyst for oxidizing carbon monoxide for reformer used in for fuel cell, and fuel cell system comprising same |
KR101397020B1 (en) * | 2007-11-20 | 2014-05-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrocatalyst for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell including the electrode comprising the electrocatalyst |
US9356299B2 (en) | 2011-10-07 | 2016-05-31 | Hyundai Motor Company | Fuel cell electrode and method for manufacturing membrane-electrode assembly using the same |
US9716281B2 (en) | 2011-10-07 | 2017-07-25 | Hyundai Motor Company | Fuel cell electrode and method for manufacturing membrane-electrode assembly using the same |
KR101505572B1 (en) * | 2014-01-10 | 2015-03-25 | 한국과학기술연구원 | PtAu nanoparticle catalyst heat-treated in the presence of CO and method for manufacturing the same |
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