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명세서 기술분야 [0001] 본 발명은 저가의 전이금속을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매 및 이의 제 조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저가의 전이금속을 이용함으로써 가격경쟁력을 향상시키면서도 알칼 리 분위기에서 산소환원반응에 대해 백금 촉매에 견줄만한 전극 활성 및 내구성을 나타낼 수 있는 전이금속-탄 소나노섬유 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 배경기술 [0002] 연료전지는 환경친화적일 뿐 아니라, 최근 고출력 휴대용 전원의 수요가 급증하고 있는 상황에서 기존의 가솔린 엔진, 이차전지 등의 에너지 시스템을 충분히 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 알칼리 연료전지는 고가의 전극 촉매와 강산성 분위기에 견디는 부재를 사용하지 않아도 되어 가격경쟁력이 클 뿐만 아니라 에너지밀도가 크고 촉매/전극활성이 큰 수소화붕소나트륨과 같은 액체연료를 직접 사용할 수 있고 백금을 비롯한 고가 귀금속 사용 을 억제할 수 있다. 또한, 산소극에서 100mV 의 출력전압을 추가로 얻을 수 있다는 장점이 있다. 더불어 알칼리 연료전지의 연료로서는 수소분자 이외에 메탄올, 에탄올 등 알코올류와 수소화붕소나트륨과 같은 수소화물질을 직접사용할수있다. [0003] 이러한 연료전지의 전극은 연료를 산화시키고 산소를 환원시키기 위한 금속촉매층을 구비한다. 상기 금속촉매로 서는 백금, 팔라듐을 비롯한 귀금속 혹은 귀금속을 배제할 경우 고가의 기능성 전구체가 주로 사용되고 있다. 상기와 같은 고가의 비용문제로 귀금속 사용을 억제하고 생산공정을 개선하여 생산단가를 낮추어 가격경쟁력을 재고할 필요성이 대두되고 있다. 발명의 내용 해결하려는 과제 [0004] 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 저가의 전이금속을 포함하여 전기방사법에 의해 제조되는 나노섬유 를 제공하는 것이다. [0005] 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 전이금속을 포함하는 나노섬유를 산화안정화 처리 및 탄소화처 리하여 제조되는 전이금속을 포함하는 나노섬유를 이용한 탄소나노섬유 촉매(이하, 전이금속-탄소나노섬유 촉매 라 칭하기도 함.)를 제공하는 것이다. [0006] 본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 알칼리 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 제공하는 것이다. 과제의 해결 수단 [0007] 본발명은첫번째기술적과제를해결하기위하여, [0008] (1) 유기용매에 고분자 전구체를 혼합하여 고분자 전구체 혼합물을 제조하는 단계; [0009] (2) 상기 고분자 전구체 혼합물에 전이금속 전구체를 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; [0010] (3) 상기 방사용액을 전기방사시켜 전이금속-나노섬유를 제조하는 단계; [0011] (4) 상기 전이금속-나노섬유를 안정화시켜 중간 전이금속-나노섬유를 얻는 단계; 및 [0012] (5) 상기 중간 전이금속-나노섬유를 탄소화처리하여 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수득하는 단계를 포함하고, [0013] (6) 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 암모니아 분위기에서 700-1500 °C에서 1-3 시간 동안 가열하여 질소원 자로 개질하고, 여기에 탄화수소를 첨가하여 탄화수소 분위기 하에서 700-1500 °C에서 1-3 시간 동안 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. [0014] (7) 상기 (5) 또는 (6) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수증기 분위기에서 200-300 °C에서 1-3 시간 동안 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. [0015] (8) 상기 (5), (6) 또는 (7) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 미립화시키는 단계를 추가로 포함 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법을 제공한다. -5- 등록특허 10-1314578PDF Image | KR1020100124149
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