인산형 연료전지용 백금촉매제조에서 황의 제거에 따른 전극 성능

심재철; 이경직; 이주성

Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.9, No.4, 486-490, August, 1998

Export Citation

인산형 연료전지용 백금촉매제조에서 황의 제거에 따른 전극 성능

Effect of the Sulfur Removal in Manufacturing Pt/C Electrocatalysts on the Performance of Phosphoric Acid Fuel Cell

심재철, 이경직, 이주성

초록

콜로이드법을 이용하여 인산형 연료전지에서 전극촉매로 사용되는 Pt/C 분말을 제조하였다. 이 때 환원제로 사응되는 Na₂ S₂O₄ (sodium hydrosulfite)로부터 유입되는 황성분이 연료전지의 장기운전시 촉매독으로 작용하는 것으로 알려져 었다. 따라서 다음의 3가지 방법을 이용하여 황을 제거하였다. 첫 번째, 열처리에 의한 황의 제거시 온도가 을라갈수록 황의 제거 효과가 좋지만 너무 높은 온도에서는 백금입자의 크기가 성장하여 입자의 크기가 50 Å 이상이 되면 전극성능이 감소하였다. 최적의 열처리 온도는 400 ℃ 이었으며, 이 때의 백금입자의 크기는 35∼40 Å였으며, 반전지 측정시 0.7V의 전압에서 360 mA/cm²의 전류밀도를 나타내었다. 400 ℃에서 1시간, 3시간, 5시간 동안 처리하였을 경우 백금입자의 크기는 변함이 없었고 황제거율은 각각 비슷하였다. 두 번째, 환원성 분위기의 도가니 속에서 열처리를 했을 경우 900 ℃의 같은 온도에서 수소분위기에서의 열처리보다는 황의 제거율은 떨어지나 같은 온도에서 백금입자의 성장이 작아 상대적으로 좋은 전극성능을 보여 주었다. 세 번째, 용매추출의 경우에는 초기에 일부의 황을 제거할 수 있음을 확인하였고 이 때의 전극성능은 서로 비슷하였다.

Pt/C powder which was used as electrocatalyst in a Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC) was fabricated by clloid method. It was reported that the sulfur from reductant, Na₂S₂O₄ worked as a poison against catalyst during long term operation. To remove these sulfurs, we try to treat Pt/C powder by three different methods. First, we tried to remove the sulfur according to temperature and time in H₂ atmosphere. As the heat treatment temperature is raised up, the effect of the removal is increased but the electrode performance is decreased because of the growth of Pt particle size. The optimal heat treatment temperature is 400℃, the size of Pt particle is approxomately 35-40 Å and the electrode performance is 360 mA/cm² at 0.7 V. At 400℃, even though the time of heat treatment is extended, size of Pt, amounts of remaining sulfur and electrode performance is almost constant. Secondly, when we removed in a crucible at 900℃ the removal of the sulfur was not better, but the size of Pt particle, approximately 80Å, was smaller than that of heat treatment in H₂ atmosphere at 900Å. Lastly we treated with solvents such as acetone, benzene, and carbon disulfide. It was observed that sulfur components were removed partly by extraction with solvents, the electrode performances were similar each other.

Keywords:PAFC;Sulfur

[References]

Grove WR, Phil. Mag., 15, 287 (1839)
Kim YW, Lee JS, J. Korean Ind. Eng. Chem., 4(3), 522 (1993)
Kelemen SR, Fischer TE, Schwarz JA, Surf. Sci., 81, 440 (1979)
Bonzel HP, Ku R, J. Chem. Phys., 58, 4616 (1973)
Erley W, Wagner H, J. Catal., 53, 287 (1978)
Shelef M, Otto K, Otto NC, Adv. Catal. Rel Subj., 27, 311 (1978)
Chin DT, Chang HH, J. Appl. Electrochem., 19, 95 (1989)
Merck & Co., Inc, "The Merck Index," 11th, 8953 (1989)
Linden D, "Handbook of Batteries and Fuel Cell," MaGraw-Hill, Co., 43 (1984)
Kim KT, Hwang JT, Kim YG, Chung JS, J. Electrochem. Soc., 140, 31 (1993)
Honji A, Mori T, Hishinuma Y, J. Electrochem. Soc., 137, 2084 (1990)
Mukerjee S, J. Appl. Electrochem., 20, 537 (1990)
Blurton KF, Kunz HR, Rutt DR, Electrochim. Acta, 23, 183 (1978)

[Referenced By]

[1] Grove WR, Phil. Mag., 15, 287 (1839)

[2] Kim YW, Lee JS, J. Korean Ind. Eng. Chem., 4(3), 522 (1993)

[3] Kelemen SR, Fischer TE, Schwarz JA, Surf. Sci., 81, 440 (1979)

[4] Bonzel HP, Ku R, J. Chem. Phys., 58, 4616 (1973)

[5] Erley W, Wagner H, J. Catal., 53, 287 (1978)

[6] Shelef M, Otto K, Otto NC, Adv. Catal. Rel Subj., 27, 311 (1978)

[7] Chin DT, Chang HH, J. Appl. Electrochem., 19, 95 (1989)

[8] Merck & Co., Inc, "The Merck Index," 11th, 8953 (1989)

[9] Linden D, "Handbook of Batteries and Fuel Cell," MaGraw-Hill, Co., 43 (1984)

[10] Kim KT, Hwang JT, Kim YG, Chung JS, J. Electrochem. Soc., 140, 31 (1993)

[11] Honji A, Mori T, Hishinuma Y, J. Electrochem. Soc., 137, 2084 (1990)

[12] Mukerjee S, J. Appl. Electrochem., 20, 537 (1990)

[13] Blurton KF, Kunz HR, Rutt DR, Electrochim. Acta, 23, 183 (1978)