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$NaBH_4$ 가수분해를 위한 Co-P/Ni foam 촉매의 제작 절차 확립 및 수소 발생 시스템의 성능 평가 = Establishment of manufacture procedure of Co-P/Ni foam catalyst for $NaBH_4$ hydrolysis and performance evaluation of hydrogen generation system
서명 / 저자 $NaBH_4$ 가수분해를 위한 Co-P/Ni foam 촉매의 제작 절차 확립 및 수소 발생 시스템의 성능 평가 = Establishment of manufacture procedure of Co-P/Ni foam catalyst for $NaBH_4$ hydrolysis and performance evaluation of hydrogen generation system / 오택현.
저자명 오택현 ; Oh, Taek-Hyun
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
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Manufacture conditions of Co-P/Ni foam catalyst were studied to establish manufacture procedure of the catalyst. Co-P/Ni foam catalyst was also applied to hydrogen generation system to confirm possibility of application to the system. The thesis describes manufacture conditions of Co-P/Ni foam catalyst, measurement of apparent activation energy of the catalyst, manufacture of hydrogen generator for flow test, comparison of performance of the catalyst with various Co/$Al_2O_3$ catalysts, effects of composition of NaBH4 solution on hydrogen generation properties, manufacture and performance evaluation of hydrogen generation system, improvement of performance and initial response time of Co-P/Ni foam catalyst. First, studies to establish manufacture procedure of Co-P/Ni foam catalyst were performed. There are bath composition, coating condition, heat treatment condition in catalyst manufacture condition. Hydrogen generation tests in each condition were performed to find out optimum condition for catalyst manufacture. Also, SEM(Scanning Electron Microscopy), EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), XRD(X-ray Diffraction) analysis were performed to find out surface morphology, composition and structure of catalyst. Effects of each parameter on catalyst properties were compared through the study. Also, hydrogen generation tests at various reaction temperature were performed to measure apparent activation energy of Co-P/Ni foam catalyst. Second, hydrogen generator was designed for flow test. Comparison tests were performed to compare Co-P/Ni foam catalyst with various Co/$Al_2O_3$ catalysts. Hydrogen generation test and durability test were performed to compare activity and durability of catalysts. Based on test results, hydrogen generator that has Co/γ-$Al_2O_3$(Alfa) catalyst and Co-P/Ni foam catalyst was proposed to decrease initial response time. Third, concentration test of NaBH4 and NaOH were performed to find out effects of NaBH4 and NaOH concentration on hydrogen generation properties. Based on experimental results, optimum concentration was determined to increase energy density of fuel cell system. Fourth, hydrogen generation system was manufactured and Co-P/Ni foam catalyst was applied to the system to confirm possibility of application to the system. Hydrogen generation test of the system was performed for 6 hours. Energy density of the fuel cell system was improved from 142 to 243Wh/kg by improving durability of catalyst and increasing NaBH4 concentration. Finally, studies was performed to improve performance and response characteristic of Co-P/Ni foam catalyst.

Co-P/Ni foam 촉매의 제작 절차 확립을 위해서 Co-P/Ni foam 촉매의 제작 조건이 연구되었다. 제작 절차 확립 후, Co-P/Ni foam 촉매를 수소 발생 시스템에 적용하여 시스템으로의 적용 가능성 여부를 검토하였다. 본 논문은 Co-P/Ni foam 촉매의 제작 조건, Co-P/Ni foam 촉매의 겉보기 활성화 에너지 측정, 흐름형 수소 발생기의 제작, 다양한 Co/$Al_2O_3$ 촉매와의 성능 비교, NaBH4 용액의 조성이 수소 발생 특성에 미치는 영향, 수소 발생 시스템의 제작 및 성능 평가, Co-P/Ni foam 촉매의 초기 응답 시간 및 성능 향상 연구로 이루어져 있다. 첫째, Co-P/Ni foam 촉매의 제작 절차 확립을 위한 연구가 수행되었다. 촉매의 제작 절차에는 도금 용액의 조성, 도금 조건, 도금 후 열처리 조건이 있다. 따라서 각각의 조건에서 수소 발생 실험을 수행함으로써 최적의 제작 절차를 확립하였다. 또한, 촉매의 표면, 조성, 결정 구조를 분석하기 위해서 SEM(Scanning Electron Microscopy), EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), XRD(X-ray Diffraction) 분석을 수행하였다. 연구를 통해서 각각의 인자에 대한 영향 정도를 비교하였다. 또한 Co-P/Ni foam 촉매의 겉보기 활성화 에너지를 측정하기 위해서 다양한 반응 온도에서의 수소 발생 실험이 수행되었다. 둘째, 흐름형 수소 발생기를 제작하였다. Co-P/Ni foam 촉매와 Co/$Al_2O_3$ 촉매의 성능을 비교하기 위해 비교 실험이 수행되었다. 수소 발생 실험과 내구성 실험을 수행하여 촉매의 활성과 내구성을 비교하였다. 실험 결과를 토대로 초기 응답 시간을 빠르게 하기 위해서 Co-γ-$Al_2O_3$(Alfa)촉매와 Co-P/Ni foam 촉매를 갖는 수소 발생기를 구상하였다. 셋째, NaBH4와 NaOH의 농도가 수소 발생 특성에 미치는 영향을 확인하기 위해서 NaBH4와 NaOH의 농도 실험을 수행하였다. 연료 전지 시스템의 에너지 밀도를 향상시키기 위해서 실험 결과를 토대로 최적의 농도를 선정하였다. 넷째, 수소 발생 시스템이 제작하여, Co-P/Ni foam 촉매를 수소 발생 시스템에 적용하였다. 수소 발생 시스템의 수소 발생 실험이 6시간 동안 수행되었으며, 실험 결과 연료의 농도와 가동 시간이 증가됨에 따라 연료 전지 시스템의 에너지 밀도가 142Wh/kg에서 243Wh/kg으로 향상되었다. 마지막으로 Co-P/Ni foam 촉매의 성능과 응답 특성을 개선하기 위한 연구가 수행되었다.

서지기타정보

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청구기호 {MAE 11012
형태사항 x, 119 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Taek-Hyun Oh
지도교수의 한글표기 : 권세진
지도교수의 영문표기 : Se-Jin Kwon
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 112-119
주제 Co-P/Ni foam 촉매
수소화붕소나트륨
무전해 도금
수소 발생 시스템
Co-P/Ni foam catalyst
Sodium borohydride
Electroless plating
Hydrogen generation system
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