Recent increase in need of micro power sources for portable and autonomous micro systems drives research on micro fuel cell and micro fuel reformer as a key component of micro power generation system. Various concept of reforming system applied to hydrogen production for micro fuel cell and diverse micro scale hydrogen energy utilization is proposed and has been studied. In this study as an attempt to develop a wafer based micro reforming system the design, micro fabrication process and evaluation of hydrogen production performance of catalytic reactor for micro fuel reforming are presented.
Preliminary step to develop MEMS based micro fuel reformer is carried out. As a first step, cu-based catalysts such as Cu, Cu/Zn, Cu/ZnO and $Cu/ZnO/Al_2O_3$ for methanol steam reforming are prepared by sputtering and co-precipitation method. The characterization and reactivity test of prepared catalysts are carried out for fundamental study. As a second step, the precipitation coating process of prepared catalysts on wafer is developed to integrate the catalyst with micro fabrication process. Uniform and robust catalyst layer is obtained that can be directly applied to the micro thermo-chemical systems. As a final step, with the results aforementioned on the catalyst preparation, characterization, reactivity test and coating, a prototype micro catalytic reactor is fabricated with micro fabrication technology. The fabrication process includes wet anisotropic etching of photosensitive glass wafer, catalyst layer formation from precipitation coating process and bonding of layers. From the performance evaluation of fabricated micro catalytic reactor, ideas for the design improvement are obtained.
최근 휴대 혹은 독립적인 작동을 수행하는 마이크로 시스템의 경우 새로운 동력원의 요구가 증가함에 따라 마이크로 동력 시스템의 핵심요소인 마이크로 연료전지 및 마이크로 연료 개질기의 연구가 활발히 진행되고 있다. 마이크로 연료전지에 수소를 공급하거나 수소를 연료로 하는 마이크로 장치의 수소 공급원으로서의 다양한 개념의 개질 시스템이 제안되거나 연구되어왔다. 본 연구에서는 웨이퍼 기반의 마이크로 개질 시스템을 개발하기 위해 마이크로 연료 개질을 위한 촉매 반응기의 설계, 마이크로 제작공정 확립 및 수소 생산 성능평가를 수행하였다.
MEMS 기반의 마이크로 연료 개질기의 개발을 위한 기초연구가 수행되었다. 첫번째 단계로 메탄올 수증기 개질을 위한 Cu, Cu/Zn, Cu/ZnO 및 $Cu/ZnO/Al_2O_3$ 와 같은 구리계열 촉매를 스퍼터와 공침법을 이용하여 제조하였고 제조한 촉매의 기본적인 특성과 반응성을 평가하였다. 두번째로 제조한 촉매를 마이크로 제작공정과 통합하기 위한 연구로 웨이퍼에 촉매 부착을 위한 침전 코팅방법을 제시하였다. 균일하고 단단한 촉매층을 얻었으며 마이크로 열화학 시스템에 직접적으로 적용할 수 있는 공정을 확립하였다. 마지막 단계로 촉매제조, 특성평가, 반응성 평가, 촉매부착과 같은 연구를 바탕으로 마이크로 제작기술을 통해 마이크로 촉매 반응기 시작품을 제작하였다. 제작공정은 감광유리웨이퍼의 습식 비등방성 식각공정과 침전코팅방법을 통한 촉매층 형성 및 각 층의 접합으로 이루어져 있다. 제작된 마이크로 촉매 반응기의 성능평가를 통해 설계개선을 위한 아이디어를 획득하였다.
