암모니아 산화용 DSA (Dimensionally Stable Anodes) 제작에서의 전구체 분산용 용매 영향 연구

전다래; 박대원

추천

검색

질문

자료유형: 학술저널

저자정보: 전다래 (서울과학기술대학교) 박대원 (서울과학기술대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제44권 제9호

발행연도: 2022.9

수록면: 336 - 344 (9page)

이용수

📌

연구주제

📖

연구배경

🔬

연구방법

🏆

연구결과

초록· 키워드

오류제보하기

목적 : DSA 전극 제조 시 전극 촉매 코팅을 위한 용매로 기존의 알코올 류 대신 이온성 용액을 이용하여 전극을 제작하고 성능을 비교함으로써 소요되는 Ru 귀금속 양을 줄이고 보다 오래 사용 할 수 있는 경제성 있는 DSA 전극을 개발하고자 하였다. 또한 제작한 전극으로 비 수성 암모니아의 산화 가능성을 검토하여 DSA 전극을 이용한 암모니아 이용 그린 수소 생산의 가능성을 알아보고자 하였다.
방법 : 기존의 부탄올과 imidazolium 계열의 이온성 용액 (HMIM)HSO₄을 전극의 코팅을 위한 용매로 사용하여 각 1, 2, 3 mg/cm2 RuO2 전극을 제작하여 물리화학적 성능 비교와 전기화학적 성능 비교를 통해 최적의 조건을 도출하였다. SEM-EDS, XRD 분석을 통해 표면 분석, 결정화도를 비교하였고 0.5 M H₂SO₄를 전해질로 가속수명시험을 통해 전극의 수명을 비교하고자 하였다. 또한 순환전압전류법 (cyclic voltammetry; CV)을 시행하여 비 수성 암모니아의 산화 가능성과 용매에 따른 전극 별 전기화학적 활성을 비교하였다.
결과 및 토의 : 가속수명시험 전, 후 SEM-EDS 측정을 통해 용매에 따른 차이가 있지만 모든 전극에서 가속수명시험 전 표면에 있었던 크랙이 시험 후 코팅된 Ru 이 탈착 되어 전극의 모체가 드러난 것을 확인하였다. XRD 분석을 통해 부탄올 용매 전극의 결정화도가 이온성 용액 용매 전극의 결정화도보다 작은 것으로 나타났다. 용매 별 1, 2, 3 mg/㎠ RuO₂ 전극을 대상으로 가속수명시험을 진행한 결과 이온성 용액을 이용하여 제작한 1 mg/㎠ RuO₂ 전극이 16시간 만에 종료되어 가장 짧았고, 부탄올을 이용하여 제작한 3 mg/㎠ RuO₂ 전극이 201시간에 종료되어 가장 긴 수명을 보였다.
순환전압전류법을 통해 제작한 모든 RuO₂ 전극이 7 N 농도의 비 수성 암모니아에 대한 산화 가능성을 확인하였으며, 전기화학적 총 전하량을 비교한 결과 부탄올을 이용하여 제작한 전극의 활성 면적이 이온성 용액을 이용하여 제작한 전극보다 더 큰 값을 나타내는 것을 확인하였다.
결론 : DSA 용매가 전극의 결정화도에 영향을 미치면서 가속수명시험 결과를 통해 전극의 물리적 수명에 영향을 주는 것으로 나타났다. 순환전압전류법을 통해 RuO₂ 전극이 7 N 농도의 비 수성 암모니아 산화 가능성을 확인하였다. 루테늄 로딩량, 가속수명시험, 전기화학적 총 전하량 비교를 통해 가장 경제성이 있는 전극은 부탄올 용매 2 mg/㎠ RuO₂ 전극으로 사료된다.

Objectives : An economical DSA that can be used for a longer period of time and reduce the amount of precious Ru metal required in preparing the electrode was tried to be developed by using an ionic liquid instead of the alcohols as a solvent for electrode catalyst coating when preparing the DSA and comparing the performance. In addition, the possibility of green hydrogen production using ammonia was investigated by examining the possibility of oxidation of non-aqueous ammonia with the fabricated DSA electrode.
Methods : 1, 2 and 3 mg/㎠ RuO₂ electrodes were prepared using butanol and imidazolium-based ionic liquid (HMIM)HSO₄ as a solvent for electrode coating. To optimize conditions, the electrodes prepared using butanol and ionic liquid were compared by evaluating physical and electrochemical properties. SEM-EDS and XRD were used for evaluating physicochemical properties and cyclic voltammetry was used to investigate the possibility of oxidation of non-aqueous ammonia and to compare the electrochemical properties.
Results and Discussion : Through SEM-EDS measurement before and after the accelerated life time test, it was confirmed that there was a difference depending on the solvent, but in al electrodes, the cracks on the surface before the accelerated life test was desorbed and coated Ru was desorbed, revealing the matrix of the electrode. XRD analysis showed that crystallinity of the butanol solvent electrode was smaller than that of the ionic solvent electrode. Through an accelerated life test for 1, 2, and 3 mg/㎠ RuO₂ electrodes by solvent, 1 mg/cm2 RuO₂ produced using an ionic solution was the shortest, ending in 16 hours. The electrode 3 mg/cm2 RuO₂ was terminated at 201 h, showing the longest lifetime. Through cyclic voltammetry, all RuO2 electrodes fabricated confirmed the possibility of 7 N non-aqueous ammonia oxidation and the active area of the electrodes fabricated using butanol showed a higher total electrochemical charge than the electrodes fabricated using an ionic solution.
Conclusion : As the DSA solvent affects the crystallinity of the electrode, it was shown that it affects the physical life of the electrode through the accelerated life test results. Through cyclic voltammetry, the RuO₂ electrode confirmed the possibility of oxidation of 7 N non-aqueous ammonia. Through comparison of ruthenium loading amount, accelerated life test, and electrochemical total charge, it is considered that the most economical electrode is a butanol solvent 2 mg/㎠ RuO₂ electrode.

#DSA #Ionic liquid #Accelerated Lifetime Test #Cyclic Voltammetry #Ammonia oxidation #DSA 전극 #이온성 용액 #가속수명시험 #순환전압전류법 #암모니아 산화

참고문헌 (22)

참고문헌 신청

S. H. Kim, Hydrogen production technology trend and development strategy to preoccupy the market, KDB Monthly Report, 779, 1-16(2020).

S. Y. Lee, H. J. Lee, Potential applicabilities of ammonia in future hydrogen energy supply industries, Applied Chemistry for Engineering, 30(6), 667-672(2019).

N. Akagi, K. Hori, H. Sugime, S. Noda, N. Hanada, Systematic investigation on anode catalysts for liquid ammonia electrolysis, Journal of Catalysis, 406, 222-230(2022).

S. R. Park, J. S. Park, An updated review of recent studies on dimensionally stable anodes (DSA), Journal of the Korean Electrochemical Society, 23(1), 1-10(2020).

S. M. Lee, D. W Pak, Electrochemical treatment of high concentration ammonia using RuO2/Ti anode and TiO2 nanotube cathode, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 42(7), 339-348(2020).

함께 읽어보면 좋을 논문

논문 유사도에 따라 DBpia 가 추천하는 논문입니다. 함께 보면 좋을 연관 논문을 확인해보세요!

이 논문의 저자 정보

전다래

소속기관 서울과학기술대학교

주요연구분야 사회과학 > 행정학 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 3 이용수 529

박대원

소속기관 서울과학기술대학교

주요연구분야 공학 > 재료·에너지공학 > 기타 재료·에너지공학 TOP 10% 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 57 이용수 7,211

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

AI 요약

연구주제

연구배경

연구방법

연구결과

주요내용

목차

참고문헌 (22)

함께 읽어보면 좋을 논문

이 논문의 저자 정보

최근 본 자료

댓글(0)