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저가의 전이금속을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속―탄소나노섬유 촉매 및 이의 제조방법
Carbon nanofiber catalysts using nanofiber including low cost trasition metal for fuel cells and its Manufacturing Method Thereof
출원번호 : 1020100119866 / 20101129
등록번호 : 1013145780000 / 20130927
광주과학기술원 이재영,엄성현,정범균


초록

본 발명은 저가의 전이금속만을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전이금속 및 폴리머 전구체를 포함한 용매를 전기방사법에 의해 나노섬유를 제조한 후, 산화안정화 및 탄소화 공정을 거쳐 제조된 전이금속을 포함하는 탄소나노섬유 촉매에 관한 것이다. 이를 통해 나노섬유 표면의 작용기를 효과적으로 개질시킴으로써 촉매능을 향상시킬 수 있고, 효과적으로 크기 및 두께를 조절하여 제조된 촉매 그대로 전극형태로 활용이 가능하며, 제조된 형상에 따라 볼밀 또는 초음파 분쇄 등의 미립화 공정을 추가하여 촉매로 사용할 수 있다. 상기 제조된 촉매는 백금을 비롯한 고가의 귀금속 촉매 전구체 및 환원제를 사용하지 않고 비교적 간단한 전기방사 및 열처리 공정을 활용하여 대용량으로 촉매를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 알칼리 분위기에서 산소환원반응에 대해 백금촉매에 견줄만한 전극활성 및 내구성을 보여줌으로써 가격경쟁력이 향상된 알칼리 연료전지 산소환원촉매 제조방법을 제공할 수 있다.


대표청구항
(1) 유기용매에 고분자 전구체를 혼합하여 고분자 전구체 혼합물을 제조하는 단계;
(2) 상기 고분자 전구체 혼합물에 전이금속 전구체를 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계;
(3) 상기 방사용액을 전기방사시켜 전이금속-나노섬유를 제조하는 단계;
(4) 상기 전이금속-나노섬유를 안정화시켜 중간 전이금속-나노섬유를 얻는 단계; 및
(5) 상기 중간 전이금속-나노섬유를 탄소화처리하여 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수득하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법으로서;
(6) 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 암모니아 분위기에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하여 질소원자로 개질하고, 여기에 탄화수소를 첨가하여 탄화수소 분위기 하에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법.

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