• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.29-35
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• 2001

고온의 태양열을 저장하기 위한 한 방편으로 화학반응을 이용한 태양에너지의 화학에너지로의 변환공정을 고려하였다. 태양에너지의 저장은 메탄의 수증기 개질반응으로 선정하였으며, 이 흡열반응에서 메탄의 전화율에 영향을 미치는 조업변수의 영향을 살펴보았다. 반응기는 직경 0.635 cm 그리고 길이 30 cm인 스테인레스 관을 코일형태로 제작하였다. 메탄의 수증기 개질반응에서 반응물의 공간속도, 그리고 스팀/메탄 비율에 따라서 메탄의 전화율과 CO의 선택도가 영향을 받음을 알 수 있었다. 이 실험을 통하여 최적의 수증기/메탄 비율을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제11권1호
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• pp.42-46
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• 2008

연료전지는 수소를 직접 사용하는 것이 가장 효율이 높지만 가정이나 사무실에서는 수소 저장탱크를 사용하기보다는 도시가스(메탄가스)를 연료 source로 하여 수소를 생산하는 것이 유리하다. 연료전지에 사용하는 수소는 천연가스나 바이오가스, 탄화수소계열의 연료를 개질하여 생산하며 개질반응과정에서 필연적으로 여러 성분의 불순물이 포함되어 있다. CO, $CO_2$, $H_2S$, $NH_3$, $CH_4$등의 불순물이 포함된 수소연료가 PEM fuel cell에 공급되면 연료전지 성능에 영향을 준다고 보고되어 있다. 이러한 영향에는 전극 촉매의 피독에 의한 kinetic losses, 전해질막과 촉매이온층의 양이온 전도성 감소에 의한 ohmic losses 그리고 촉매층의 구조나 소수성 감소에 의한 mass transport losses가 있다. 개질기에서 생산된 수소연료는 약 73%의 $H_2$와 20% 이하의 $CO_2$, 5.8% 이하의 $N_2$, 2% 이하의 $CH_4$, 10ppm 이하의 CO로 최종 공급된다. 본 연구에서는 연료 중에 $CO_2$가 고분자전해질 연료전지 anode측 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 실험은 연료전지에 공급되는 연료중에 $CO_2$농도를 10%, 20%, 30%로 전류와 전압의 성능곡선과 장시간(10시간)실험 그리고 임피던스를 측정하였다. 또한 가스크로마토그래피를 이용하여 순수한 수소와 $CO_2$가 함유된 수소의 혼합을 통해 나온 연료전지 inlet에서의 불순물의 농도를 검증하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.344-354
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• 2014

Activated charcoal supported nickel molybdenum carbide (carburized Ni-Mo/AC) catalysts were prepared by wet-impregnation followed by temperature-programmed carburization using 20% $CH_4/H_2$ gas. The effects of pH and initial Ni/Mo mole ratio during wet-impregnation step on the characteristics of the carburized Ni-Mo/AC catalysts were investigated using ICP, XRD, XPS, BET and $CO_2$-TPD techniques, and correlated with the catalytic activity of the carburized Ni-Mo/AC in methane dry reforming reaction. Comparison of the results of methane dry reforming reaction kinetics with the results of characterization of the carburized Ni-Mo/AC catalyst showed that the catalytic activity in methane dry reforming reaction was higher at higher initial Ni/Mo mole ratio or at lower pH(3~natural value). This phenomenon was related to the crystal size of metallic Ni in the carburized Ni-Mo/AC catalyst.

• 대한환경공학회지
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• 제28권1호
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• pp.48-53
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• 2006

본 논문에서는 plasmatron을 사용하여 프로판의 개질에 의해 SynGas 생산의 최적의 조건을 연구하였다. 플라즈마는 공기와 아크 방전에 의해 생성되며 합성 가스의 상관 관계뿐만 아니라 수증기, $CO_2$ 또는 반응기에 촉매를 추가하여 프로판 전환에 미치는 영향과 수소의 수율, $H_2/CO$ 비에 대해 연구하였다. $O_2/C_3H_8$ 유량비, $H_2O/C_3H_8$ 유량비와 $CO_2/C_3H_8$ 유량비를 각각 $0.94{\sim}1.48,\;4.3{\sim}10$과 $0.8{\sim}3.05$로 변화하였을 때, $H_2O/C_3H_8$ 유량비의 변화 결과가 최대 $28.2{\sim}31.6%$의 $H_2$ 농도를 나타냈으며, 촉매를 추가하고 $H_2O/C_3H_8$ 유량비의 변화결과 $6.6{\sim}7.1%$의 최소 CO 농도를 나타냈다. 그리고 $H_2/CO$ 비는 $3.89{\sim}4.86$을 나타냈다.

• 공업화학
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• 제29권4호
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• pp.382-387
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• 2018

본 연구에서는 Pd-Ni-YSZ 촉매의 형태 및 공급되는 가스 조성에 따른 수증기-이산화탄소 복합개질 반응 특성을 평가하였다. 촉매는 분말 형태와 다공성 디스크 형태로 제조되었으며 주입 가스는 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 각각 다르게 하여 공급하였다. 그 결과 분말 형태의 촉매와 비교하여 다공성 디스크 형태 촉매를 사용하였을 때 $CH_4$와 $CO_2$ 전환율이 전반적으로 향상되었으며, 공급가스의 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 1 : 0.5 : 0.5로 하였을 때 $H_2/CO$ ratio가 2에 가깝게 조절되었다. 하지만 탄소침적에 의해 반응 시작 6 h 이후 $CH_4$ 전환율이 일부 감소하였으며 압력 강하가 0.1에서 0.8로 증가하였다. 이를 해결하기 위하여 공급되는 가스의 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 조절하여 수분 비율을 최적화한 결과, 1 : 0.5 : 1의 비율로 가스를 공급할 경우 탄소 침적 방지를 통한 내구성 확보가 가능하였으며 전환율 역시 비교적 높은 수준으로 유지됨을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.77.2-77.2
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• 2013

In this talk, I will briefly review recent results of my group related to application of atomic layer deposition (ALD) for fabricating environmental catalysts and organic solar cells. ALD was used for preparing thin films of TiO2 and NiO on mesporous silica with a mean pore size of 15 nm. Upon depositing TiO2 thin films of TiO2 using ALD, the mesoporous structure of the silica substrate was preserved to some extent. We show that efficiency for removing toluene by adsorption and catalytic oxidation is dependent of mean thickness of TiO2 deposited on silica, i.e., fine tuning of the thickness of thin film using ALD can be beneficial for preparing high-performing adsorbents and oxidation catalysts of volatile organic compound. NiO/silica system prepared by ALD was used for catalysts of chemical conversion of CO2. Here, NiO nanoparticles are well dispersed on silica and confiend in the pore, showing high catalytic activity and stability at 800oC for CO2 reforming of methane reaction. We also used ALD for surface modulation of buffer layers of organic solar cell. TiO2 and ZnO thin films were deposited on wet-chemically prepared ZnO ripple structures, and thin films with mean thickness of ~2 nm showed highest power conversion efficiency of organic solar cell. Moreover, performance of ALD-prepared organic solar cells were shown to be more stable than those without ALD. Thin films of oxides deposited on ZnO ripple buffer layer could heal defect sites of ZnO, which can act as recombination center of electrons and holes.

• 공업화학
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• 제19권2호
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• pp.157-160
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• 2008

탄화수소 계열의 연료로부터 고순도의 수소를 생산하는 것은 연료전지의 효율적인 운전과 밀접하다. 일반적으로 대부분의 탄화수소 연료에서 수소를 생산하는 과정은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 수증기 혼합물이 생성되는 개질 과정 및 일산화탄소를 저감하는 전이반응과 선택적 산화반응 과정으로 구성되어 있다. 전이반응은 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하는 동시에 수소가 생성되는 고온 전이와 저온전이로 구성된 두 단계의 촉매전환 공정이다. 일반적으로 개질기에서 생성된 개질 가스는 고온전이 반응기를 거쳐 일산화탄소 농도를 3~5%까지 저감한다. 본 연구에서는 고온전이 반응기를 설계 및 제작하여 일산화탄소 농도를 2~4%까지 저감하였다. 고온전이 반응에서 철이 첨가한 촉매(G-3C)를 사용하여 부분산화 개질에서 생성된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하였다. 그리고 고온전이 영향인자인 수증기 주입량, 개질 가스 조성, 반응온도, 개질 가스 주입량변화에 대한 연구를 진행하였다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.69-76
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• 2008

Common methods for large scale hydrogen production, such as steam reforming and coal gasification, also involve production of carbonaceous gases. It is therefore necessary to handle process gas streams involving various mixtures of hydrocarbons, $H_2$, $H_2O$, CO and $CO_2$ at moderate to high temperatures. These gases pose a variety of corrosion threats to the alloys used in plant construction. Carbon is a particularly aggressive corrodent, leading to carburisation and, at high carbon activities, to metal dusting. The behaviour of commercial heat resisting alloys 602CA and 800, together with that of 304 stainless steel, was studied during thermal cycling in $CO/CO_2$ at $650-750^{\circ}C$, and also in $CO/H_2/H_2O$ at $680^{\circ}C$. Thermal cycling caused repeated scale separation, which accelerated chromium depletion from the alloy subsurface regions. The $CO/H_2/H_2O$ gas, with $a_C=2.9$ and $p(O_2)=5\times10^{-23}$ atm, caused relatively rapid metal dusting, accompanied by some internal carburisation. In contrast, the $CO/CO_2$ gas, with $a_C=7$ and $p(O_2)=10^{-23}-10^{-24}$ atm caused internal precipitation in all three alloys, but no dusting. Inward diffusion of oxygen led to in situ oxidation of internal carbides. The very different reaction morphologies produced by the two gas mixtures are discussed in terms of competing gas-alloy reaction steps.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.347-347
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• 2010

We designed a new experimental set-up for measuring activity of heterogeneously catalyzed reactions. Using this set-up, we studied reduction of carbon dioxide by carbon dioxide reforming of methane (CRM) using nickel powder as catalyst. The properties of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), Brunauer, Emmett & Teller (BET) surface area and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. The reactivity experiments were performed in the temperature range of $300\;-\;500^{\circ}C$. At reactivity experiment, result showed consumption of $CO_2$ and $CH_4$ with a 1:1 stoichiometry. At the same time, carbon monoxide and hydrogen were produced, which could be used for synthesizing fuels such as methanol. During the reaction, deposition of carbon on Ni was observed, which caused deactivation of the catalyst.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제28권3호
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• pp.321-328
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• 2011

The autothermal reforming reaction of methane was investigated to produce hyd rogen with Ni/$CeO_2-ZrO_2$, Ni/$Al_2O_3$-MgO and Ni-Ru/$Al_2O_3$-MgO catalysts. Honeycomb metalli c monolith was applied in order to obtain high catalytic activity and stability in autothermal r eforming. The catalysts were characterized by XRD, BET and SEM. The influence of various catalysts on hydrogen production was studied for the feed ratio($O_2/CH_4$, $H_2O/CH_4$). The $O_2/CH_4$ and $H_2O/CH_4$ ratio governed the methane conversion and temperature profile of reactor. Th e reactor temperature increased as the reaction shifted from endothermic to exothermic reactio n with increasing $O_2/CH_4$ ratio. Among the catalysts used in the experiment, the Ni-Ru/$Al_2O_3$-MgO catalyst showed the highest activity. The 60% of $CH_4$ conversion was obtained, and th e reactor temperature was maintained $600^{\circ}C$ at the condition of GHSV=$10000h^{-1}$ and feed ratio S/C/O=0.5/1/0.5.