마이크로 연료 전지의 연료 개질을 위한 MEMS 촉매 반응기 = MEMS catalytic reactor for fuel reforming in micro fuel cell applications

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최근 휴대용 마이크로시스템의 장점으로 인하여 현재의 2차 전지를 능가하는 에너지 밀도를 갖는 마이크로 스케일의 동력원에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 마이크로 연료전지는 특히 동력요구가 큰 휴대용 전자기기에서 기존의 전지를 대체할 수 있다. 마이크로 PEMFC의 개발에는 연료전지의 연료가 되는 수소의 저장과 운용에 어려움과 위험에 의한 제약조건이 있다. 따라서 액체연료로부터 기체상태의 수소를 추출하는 연료개질기의 개발이 마이크로 연료전지 분야에서 가장 요구되는 기술 분야가 되고 있다. 본 연구에서는 MEMS 기반의 촉매 반응기 개발을 위하여 촉매 처리 기법을 확립하였다. 즉, Cu/ZnO 촉매를 공침법에 의하여 메탄올의 개질에 적용하였다. 또한, XRD패턴 분석과 SEM 분석을 통하여 촉매의 성능과 특성을 연구하였으며 촉매의 반응성 실험을 통하여 메탄올의 전환율과 수소생성율을 파악하였다. 감광유리의 비등방 식각과 촉매 코팅 과정을 통합한 전형적인 식각 공정을 이용하여 마이크로 촉매 반응기를 제작하였다. 기판으로 사용되는 감광유리의 제작과정은 유리 웨이퍼상에 Cr 마스크의 패터닝과 UV 노광, 열처리와 HF 에칭 과정으로 구성되며, Cr 층위에 스핀 코팅에 의하여 1 um의 PR이 코팅되어지고 패턴되어진 감광 웨이퍼는 8J/cm2의 강도의 UV에 노광되어 산화된 후 열처리를 거치면 내부에 재결정이 형성된다. 이러한 재결정 부분은 HF 용액에 의하여 제거되어 패턴이 형성된다. 제작된 각 층은 열접합에 의하여 접착되고 마이크로 채널 내부에 촉매의 침전에 의하여 30um 두께의 촉매층이 형성된다. 최종 조립된 촉매 반응기를 적용하여 수소 생성을 위한 성능실험을 수행하였다. 메탄올의 개질에 의한 생성가스의 분석은 가스 크로마토그래피를 이용하였으며 사용된 컬럼은 Porapok-Q를 사용하였고 가스 조성은 TCD에 의하여 탐색하였다. 제작된 반응기는 0.2ml/hr의 유량율로부터 4.16ml/min의 수소를 생성하였으며 이 수준은 연료전지의 350mW 정도의 예상동력을 나타낸다고 볼 수 있다.
Advisors
권세진researcherKwon, Se-Jinresearcher
Description
한국과학기술원 : 항공우주공학전공,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2007
Identifier
268758/325007  / 000985373
Language
kor
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학전공, 2007. 8, [ ix, 121 p. ]

Keywords

Catalytic reactor; Catalyst coating; Methanol reforming; Hydrogen production; Photoresist glass; 촉매반응기; 촉매코팅; 메탄올 개질; 수소생성; 감광유리; Catalytic reactor; Catalyst coating; Methanol reforming; Hydrogen production; Photoresist glass; 촉매반응기; 촉매코팅; 메탄올 개질; 수소생성; 감광유리

URI
http://hdl.handle.net/10203/26355
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=268758&flag=dissertation
Appears in Collection
AE-Theses_Ph.D.(박사논문)
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