알칼리형 연료전지에서 산소환원에 미치는 촉매특성

박성기; 최재기; 이상화; 이호인; Seong-Ki Park; Jae-Sik Choi; Sangwha Lee; Ho-In Lee

Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.14, No.5, 549-555, August, 2003

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알칼리형 연료전지에서 산소환원에 미치는 촉매특성

The Effect of Catalytic Properties on the Oxygen Reduction in Alkaline Fuel Cell

박성기, 최재기, 이상화 ¹, 이호인 ^†

서울대학교 공과대학 응용화학부 및 에너지 변환/저장 연구센터, 서울 151-744
¹경원대학교 공과대학 화학생명공학과, 경기 461-701

Seong-Ki Park, Jae-Sik Choi, Sangwha Lee¹, and Ho-In Lee^†

School of Chemical Engineering and Research Center for Energy Conversion and Storage, Seoul National University, Seoul 151-744, Korea
¹Department of Chemical and Bio Engineering, Kyungwon University, Gyeonggi-do 461-701, Korea

E-mail:

초록

La_1-xSr_xCoO₃ (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6)계 페롭스카이트형 산화물을 산소전극 촉매로 이용한 알칼리형 연료전지의 산소환원 반응에 대하여 연구하였다. Temperature-programmed reduction/oxidation (TPR/TPO) 기법을 통하여, 페롭스카이트 구조내의 격자산소의 거동을 조사하였다. 연료전지의 전류밀도는 x = 0.2일 때 가장 높은 값을 보였으며, x = 0.2, 0.4, 0.0, 0.6의 순서로 감소하였다. TPR 실험에서는, 사용된 모든 페롭스카이트 산화물들이 650K부근의 α피크와 700K부근의 β피크를 보였으며, TPO 실험의 경우는 넓은 온도범위에 걸친 단일 피크가 나타났다. 각 페롭스카이트들의 환원반응과 재산화 반응의 활성화에너지를 Arrhenius plot을 통하여 구하였으며, TPR의 α피크에 해당하는 환원반응의 활성화에너지가 작을수록 연료전지에서의 전류밀도는 크게 나타났다. 이로부터, TPR의 α피크와 연관이 있는 격자산소가 연료전지의 산소환원 반응에 참여하는 활성종임을 알 수 있었다.

The oxygen reduction in alkaline fuel cell was studied with La_1-xSr_xCoO₃ (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6) perovskite-type oxides as oxygen electrode. The behavior of lattice oxygen of perovskite structure was examined by temperature-programmed reduction/oxidation (TPR/TPO) method. The maximum current density was occurred at x = 0.2 and decreased by the order of x = 0.2, 0.4, 0.0, and 0.6. In TPR experiments, all the perovskites gave α peak at about 650K and β peak at about 700K, while a broad single peak was observed in TPO experiment. Activation energies of reduction and re-oxidation of perovskites were calculated by arrhenius plot. The smaller the activation energy of TPR α peak, the larger the current density of fuel cell suggesting that the lattice oxygen for TPR α peak is the active species for oxygen reduction in alkaline fuel cell.

Keywords:alkaline fuel cell;perovskite;oxygen electrode;lattice oxygen;TPR/TPO

[References]

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[Related Articles]

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[8] Sis LB, Wirtz GP, Sorenson SC, J. Appl. Phys., 44, 5553 (1973)

[9] Gentry SJ, Hurst NW, Jones A, J. Chem. Soc.-Faraday Trans., 75, 1688 (1979)