| 초록 |
□ 연구개요 본 연구는 프로톤전도성 세라믹 멤브레인 반응기 기반 탈수소화 메탄 커플링에 의하여 에틸렌/수소 동시 제조가 가능한 소재를 개발하여 공정의 작동 개념을 검증하는 한편, 대용량/대면적 소재 제조 공정에 대한 원천기술을 개발하는 것임. : 에틸렌 선택성이 탁월하며 탄소침적에 대한 내구성이 우수한 메탄 산화 전극촉매 개발 : 대면적 코팅공정에 적합한 프로톤전도성 세라믹 멤브레인 소재 제조공정 개발 : 전해질/전극 계면저항 극소화를 위한 나노계면 제조공정 개발 □ 연구 목표대비 연구결과 1) 촉매 활성과 선택성이 우수한 메탄 산화 전극 촉매 개발 및 탈수소화 메탄 커플링 반응 연구 - 이온전도도, 화학적 및 열적 안정성 향상을 위한 첨가제 및 소결조제는 BaZrO 3 에 Y와 Zn을 첨가하여 BZYZ(BaZr 0.8 Y 0.16 Zn 0.04 O 3 )를 제조하였음. - Fe 2 O 3 /BZYZ 촉매의 경우 CH 4 전환율은 약 57~60%로 나타났으며, C2로의 수율은 약 11% 수준이었음. 그 중 에틸렌 수율은 약 89% 내외로 나타남. 2) 대용량/대면적 초박막 코팅 제어가 가능한 건식 코팅 공정 개발 - 니켈 포함 전이금속 전극 촉매의 제조를 위해 ALD 단점을 개선한 TR-CVD 방법의 건식 코팅기술을 적용하여 편의성 및 분산성을 증대시킬 수 있었음. 3) 전해질/전극 계면 저항 극소화를 위한 고밀도 치밀화 세라믹 계면 형성 및 단위셀 성형기술 개발 - Dry pressing 방법을 통해 BZYZ 전해질과 전극 촉매의 치밀-다공성 세라믹 구조의 단위셀을 성형하였으며, 전해질(치밀막)은 100 ㎛이하, 산화극(다공성막)은 600 ㎛ 내외로 제조함. □ 연구개발결과의 중요성 - 에틸렌/수소 동시 제조를 위한 고난이도 탈수소화 메탄 커플링 공정 및 소재에 대한 개념 검증 연구로써 의미가 있으며, 특히 일반 촉매 및 전극 촉매로써 양쪽 모두에 활성이 향상된 촉매 구조 설계를 제시함. - 특히, 탄소 침적에 취약한 니켈 기반 촉매에 대해서 perovskite계 프로톤 전도성 세라믹 지지체를 효과적으로 사용함으로써 침적 반응을 완화시킬 수 있는 반응경로를 유도함. - 열유체 온도조절 기상증착법을 활용함으로써 지지체 표면에 초박막 코팅된 주촉매 물질의 임계성능 향상에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
