마이크로 연료 개질을 위한 촉매 반응기의 설계, 제작 및 성능평가

Abstract

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.