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보고서 상세정보

CO2의 내부개질반응에 의해 합성가스와 전기를 동시에 생성하는 전기화학적 전환 시스템 개발
Development of Electrochemical System for Cogeneration of Syngas and Electricity by Internal Reforming of CO2

  • 연구책임자

    문동주

  • 참여연구자

    이상득   안병성   이병권   김홍곤   남석우   유계상   이현주   공경택   홍종엽   이재우   염형식   ...  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2005-05

  • 주관부처

    과학기술부

  • 등록번호

    TRKO201000011934

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    This project is focused on the development of electrochemical system for $CO_{2}$ conversion and utilization using int...

    This project is focused on the development of electrochemical system for $CO_{2}$ conversion and utilization using internal reforming of $CO_{2}$ with CH4 in SOFC (IR-SOFC) system to produce a syngas and electricity, simultaneously. With production of the power of 5 W from this system, $H_{2}$ and CO can be produced around 0.9 and 0.07 kg/day, respectively, and 0.7kg/day of $CO_{2}$ can be converted. Moreover, the results can be used as a basic information of design and engineering for the commercialization of $CO_{2}$ electrochemical system.


    본 연구의 목표는 $CO_{2}$의 전기화학적 전환에 의한 고부가 제품화 기술을 개발하기 위한 일환으로, $CO_{2}$$CH_{4}$의 내부개질 반응에 의하여 합성가스...

    본 연구의 목표는 $CO_{2}$의 전기화학적 전환에 의한 고부가 제품화 기술을 개발하기 위한 일환으로, $CO_{2}$$CH_{4}$의 내부개질 반응에 의하여 합성가스와 전기에너지를 동시에 생산 할 수 있는 5W급 $CO_{2}$의 전기화학적 전환 단위 반응 시스템을 개발하는 것이다. SOFC 단전지를 이용하여 전력이외에 CO 와 $H_{2}$를 각각 0.9 그리고 0.07 kg/day를 생산함으로서 0.7 kg/day 의 $CO_{2}$를 처리할 수 있다. 또한 상기 얻어진 결과를 바탕으로 $CO_{2}$의 전기화학적 반응 시스템의 설용화 또는 상용화를 위한 최소 엔지니어링 설계 및 실증화 실험을 위한 기초 자료를 제공한다. 본 연구의 연구기간동안에 수행된 주요 연구내용과 연구 범위는 다음과 같다.
    고성능 $CO_{2}$ 개질 촉매 및 전극 촉매 개발
    - $CO_{2}$의 개질 반응용 촉매 개발
    - 개질 반응과 전극반응에 적합한 고성능 전극촉매 개발
    - 촉매전극의 성능 향상 (탄소침적 억제 / 전환율 향상)
    전극제조 기술 개발
    -전해질 지지형 단전지 (φ 2.5 cm, 5x 5 cm2) 제조
    - 음극 지지형 단전지 (φ 2.5 cm, 5 x 5 cm2) 제조
    전해질 제조 및 박막화
    - 박막형 태 의 전해 질 제 조 (YSZ colloidal solution method)
    - Tape Caster사용하여 200 때 이하의 박막제조
    SOFC 단전지 시스템 개발
    - 단전지의 특성 분석
    - IR-SOFC 시스템 운전 및 특성분석


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 요약문 ... 4
    4. SUMMARY ... 8
    5. CONTENTS ... 11
    6. 목차 ... 13
    7. 제1장 서론 ... 22
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 25
    9. 제1절 CO2의 화학적 전환 기술 ...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 요약문 ... 4
    4. SUMMARY ... 8
    5. CONTENTS ... 11
    6. 목차 ... 13
    7. 제1장 서론 ... 22
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 25
    9. 제1절 CO2의 화학적 전환 기술 ... 25
    10. 제2절 CO2의 전기화학적 전환 기술 ... 29
    11. 제3절 SOFC를 이용한 CO2의 저감 및 처리기술 ... 32
    12. 1. SOFC의 원리 및 특성 ... 32
    13. 가. SOFC의 작동원리 ... 32
    14. 나. 연료전지의 정능 및 특징 ... 33
    15. 다. SOFC의 종류 및 특징 ... 34
    16. 2. SOFC시스템의 개발 현황 ... 35
    17. 가. 외부 개질현 SOFC ... 35
    18. 나. 내부 개질현 SOFC ... 37
    19. 3. SOFC시스템의 요소 기술 ... 39
    20. 가. 전해질(Electrolyte) 재료 ... 39
    21. 나. 양극(Cathode) 재료 ... 39
    22. 다. 음극(Anode) 재료 ... 41
    23. 라. 연결재(Interconnector) 재료 ... 42
    24. 4. SOFC 를 이용한 CO2의 전기화학적 전환 기술 ... 43
    25. 5. SOFC를 이용한 CO2의 활용 및 회수 기술 ... 54
    26. 제4절 CH4 Tri-Reforming에 의한 CO2 저감기술 ... 64
    27. 제3장 연구 결과 및 고찰 ... 68
    28. 제1절 CO2의 촉매 개질 반응 ... 68
    29. 1. 촉매제조 ... 68
    30. 가. La계 페롭스카이트 촉매 ... 68
    31. 나. Ni-based 촉매 ... 70
    32. 2. 촉매특성분석 ... 72
    33. 3. CO2의 개질 반응시스템 ... 76
    34. 4. 결과 및 고찰 ... 79
    35. 가. 촉매특성분석 ... 79
    36. 나. 반응조건의 영향 ... 84
    37. 제2절 SOFC 시스템에서 CO2의 내부개질반응 ... 89
    38. 1. 전극촉매의 제조 ... 89
    39. 가. 연료극(anode)촉매 ... 89
    40. 나. 공기극(cathode) 촉매 ... 89
    41. 2. 단전지(Single Call)의 제조 ... 89
    42. 가. 전해질 지지형(Electrolyte Supported) 단전지 ... 89
    43. 나. 음극 지지형 (Anode Supported) 단전지 ... 93
    44. 1) Tape casting method ... 95
    45. 2) Pree & mold methods ... 103
    46. 3. 단전지의 특성분석 ... 106
    47. 가. 단전지의 물리화학적 특성분석 ... 106
    48. 1) 전해질 지지형 ... 106
    49. 2) 음극 지지형 ... 108
    50. 나. CO2의 내부개질 반응을 위한 SOFC용 반응기 ... 114
    51. 다. 단전지의 성능 특성 ... 127
    52. 4. CO2의 전기화학 반응 시스템 ... 127
    53. 가. SOFC용 단전지(I> = 2.5 cm) 시스템에서 CO2의 전환반응 ... 131
    54. 나. SOFC용 단전지(5 x 5 cm2) 시스템에서 CO2의 전환반응 ... 131
    55. 5. 결과 및 고찰 ... 140
    56. 가. 전해질 지지형 SOFC용 단전지 시스템에서 CO2전환반응 ... 140
    57. 1) 전극-전압 특정 ... 140
    58. 2) 복소 임피던스 측정 ... 149
    59. 3) 촉매 반응 특성 ... 153
    60. 나. 음극 지지형 SOFC용 단전지 시스템에서 CO2 전환반응 ... 156
    61. 1) 전극-전압 특정 ... 156
    62. 2) 복소 임피던스 측정 ... 161
    63. 3) 촉매 반응 특성 ... 164
    64. 제3절 온실가스로부터 제조한 syngas의 활용기술 ... 172
    65. 1) CO/H2 로부터 메탄올 제조 ... 172
    66. 2) 메탄올의 활용기술 ... 174
    67. 가) 대체연료(Alternatives fuels) ... 174
    68. 나) 화학공업의 원료(Raw materials) ... 175
    69. 다) 탄화수소 합성 원료 ... 175
    70. 제4장 결론 ... 177
    71. 1. 고정층 촉매반응기에서의 촉매 개질 반응 ... 177
    72. 2. 단위 전지 제작 ... 177
    73. 3. 고체산화물 연료전지에서의 내부개질 반응 ... 177
    74. 4. 내부개질 반응시스템의 활용 ... 178
    75. 제5장 참고문헌 ... 179
    76. 부록 위탁연구결과 ... 185
  • 참고문헌

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