표제지
목차
국문 요약 10
영문 요약 12
제1장 서론 14
제2장 이론적 배경 16
2.1. 전해도금 16
2.1.1. 전해도금의 정의 16
2.1.2. Dynamic Hydrogen Bubble Template(DHBT) 19
2.2. 수전해 기술 23
2.2.1. 알칼라인 수전해(Alkaline Water Electrolysis) 23
2.2.2. 수소 발생 반응 메커니즘 26
2.2.3. 산소 발생 반응 메커니즘 27
2.2.4. 선형주사전위법 29
2.2.5. 전기화학적 임피던스 분광법 32
2.2.6. 전기화학적 활성 표면적 35
제3장 Ni-Fe-Cr 촉매 37
3.1. 실험 방법 37
3.1.1. Ni-Fe-Cr 촉매 제조 37
3.1.2. 특성 분석 38
3.1.3. 전기화학적 측정 및 분석 38
3.2. 결과 및 고찰 40
3.2.1. Ni-Fe-Cr 촉매 제조 40
3.2.2. Ni-Fe-Cr 촉매 구조분석 46
3.2.3. 전기화학적 특성 평가 51
제4장 Co-Se 촉매 65
4.1. 실험 방법 65
4.1.1. Co-Se 촉매 제조 65
4.1.2. 특성 분석 66
4.1.3. 전기화학적 측정 및 분석 66
4.2. 결과 및 고찰 68
4.2.1. Co-Se 촉매 제조 68
4.2.2. Co-Se 촉매 구조분석 76
4.2.3. 전기화학적 특성 평가 80
제5장 결론 94
참고문헌 97
Table. 3.1. 1 M KOH에서 전류밀도 변화에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 53
Table. 3.2. 1 M KOH에서 도금액 조성 변화에 따른 Cr 함량 별 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 55
Table. 3.3. 1 M KOH에서 도금시간 변화에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 57
Table. 3.4. 1 M KOH에서 Ni-Fe-Cr, Ni-Fe, Ni mesh 촉매의 (a) OER 활성 평가 및 (b) Tafel slope 결과 60
Table. 3.5. 1 M KOH에서 Ni-Fe-Cr, Ni-Fe, Ni mesh 촉매의 (a) HER 활성 평가 및 (b) Tafel slope 결과 60
Table. 4.1. 1 M KOH에서 도금액 조성 변화에 따른 Se 함량 별 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과. 82
Table. 4.2. 1 M KOH에서 전류밀도 변화에 따른 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성평가 결과. 84
Table. 4.3. 1 M KOH에서 도금시간 변화에 따른 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성평가 결과. 86
Table. 4.4. 1 M KOH에서 Co-Se, Co, Ni mesh 촉매의 (a) HER 활성 평가 및 (b) Tafel slope 결과. 89
Table. 4.5. 1 M KOH에서 Co-Se, Co, Ni mesh 촉매의 (a) HER 활성 평가 및 (b) Tafel slope 결과. 89
Figure. 2.1. 전해도금 셀 17
Figure. 2.2. 다양한 금속 이온들의 표준 환원 전위 18
Figure. 2.3. 수소 동적 기포 템플릿(Hydrogen Dynamic Bubble Template)의 생성(a), 흡착(b), 성장(c), 탈착(d) 4단계 과정 21
Figure. 2.4. 친수성과 소수성의 적심각 모형도 22
Figure. 2.5. 알칼라인 수전해 셀에서의 산소 및 수소 발생 반응 25
Figure. 2.6. 알칼라인 용액에서의 HER, OER 메커니즘 모식도. (a) HER, (b) OER, '*'는 활성 위치 28
Figure. 2.7. (a) 순환전압전류법(CV) 및 (b) 선형주사전위법(LSV) 31
Figure. 2.8. 전기 화학적 임피던스 분광법 (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 34
Figure. 2.9. 전기화학적 활성 표면적 (Electrochemically active surface area) 36
Figure. 3.1. 유기첨가제 NH₄Cl의 첨가량 변화 (a-b) 0 g/L, (c-d) 53.5 g/L, (e-f) 107 g/L, (g-h) 160.5 g/L에 따른 표면 형상 40
Figure. 3.2. 유기첨가제 Glycien의 첨가량 변화 (a-b) 0 g/L, (c-d) 3.75 g/L, (e-f) 15 g/L, (g-h) 30 g/L에 따른 표면 형상 41
Figure. 3.3. 도금액 조성 변화에 따른 Cr 함량 별 (a-b) 40 g/L, (c-d) 80 g/L, (e-f) 120 g/L, (g-h) 200 g/L 표면 형상 42
Figure. 3.4. 전류밀도 변화 (a-b) 1 A/cm², (c-d) 2 A/cm², (e-f) 4 A/cm², (g-h) 8 A/cm²에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 표면 형상. 43
Figure. 3.5. 도금시간 변화 (a-b) 5 s, (c-d) 10 s, (e-f) 30 s, (g-h) 120 s 에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 다공성 구조 형성 과정 44
Figure. 3.6. 도금시간 변화 (a) 2 min, (b) 5 min, (c) 10 min, (d) 20 min 에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 표면 형상 45
Figure. 3.7. 도금시간 변화 (a) 2 min, (b) 5 min, (c) 10 min, (d) 20 min 에 따른 단면 형상 45
Figure. 3.8. Ni-Fe 및 Ni-Fe-Cr 촉매의 XRD pattern 47
Figure. 3.9. Ni-Fe-Cr 촉매의 TEM 분석. (a) 저 분해능 TEM 사진, (b) 회절 패턴 (c-e) Ni, Fe, Cr elemental mapping 47
Figure. 3.10. Ni-Fe-Cr 촉매의 도금 시간에 따른 X-ray micro-tomography 분석. (a) 3차원으로 재구성한 최적화된 Ni-Fe-Cr 촉매의 기공... 48
Figure. 3.11. Ni-Fe 및 Ni-Fe-Cr 촉매의 XPS 스펙트럼. (a-b) Ni-Fe 촉매의 Ni 2p, Fe 2p (c-e) Ni-Fe-Cr 촉매의 Ni 2p, Fe 2p, Cr 2p 50
Figure. 3.12. 1 M KOH에서 전류밀도 변화에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 52
Figure. 3.13. 1 M KOH에서 도금액 조성 변화에 따른 Cr 함량 별 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 54
Figure. 3.14. 1 M KOH에서 도금시간 변화에 따른 Ni-Fe-Cr 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 56
Figure. 3.15. 1 M KOH에서 Ni-Fe-Cr, Ni-Fe, Ni mesh 촉매의 OER, HER 활성 평가 결과 및 Tafel slope, EIS. (a) OER, (b) OER Tafel... 59
Figure. 3.16. 0.8, 0.4, 0.2, 0.1, 0.05 V/s의 scan rate에서 CV를 이용한 전류 영역 측정 및 산화, 환원 피크 전류 vs. scan rate 간의 선형 관계.... 62
Figure. 3.17. Ni-Fe-Cr 촉매의 산소 및 수소 발생 반응에서의 내구성 실험 결과. (a) OER, (b) HER 64
Figure. 4.1. 다공성 구조체 형성을 위한 유기 첨가제 선정. (a-b) Non-Additive, (c-d) NH 4 Cl, (e-f) Glycine,... 68
Figure. 4.2. 유기첨가제 Sodium Citrate의 첨가량 변화 (a-b) 0 g/L, (c-d) 50 g/L, (e-f) 100 g/L, (g-h) 200 g/L에 따른 표면 형상 69
Figure. 4.3. 도금액 조성 변화에 따른 Se 함량 별 (a-b) 3 g/L, (c-d) 5 g/L, (e-f) 7 g/L, (g-h) 10 g/L 표면 형상 70
Figure. 4.4. 전류밀도 변화 (a-b) 1 A/cm², (c-d) 3 A/cm², (e-f) 5 A/cm², (g-h) 7 A/cm² (I-J) 8 A/cm²에 따른 Co-Se 촉매의 표면 형상 변화 72
Figure. 4.5. 도금시간 변화 (a-b) 5 s, (c-d) 8 s, (e-f) 12 s, (g-h) 60 s, (i-j) 120 s에 따른 Co-Se 촉매의 다공성 구조 형성 과정 74
Figure. 4.6. 도금시간 변화 (a-b) 60 s, (c-d) 120 s, (e-f) 210 s, (g-h) 240 s 에 따른 Co-Se 촉매의 표면 형상. 75
Figure. 4.7. 도금시간 변화 (a) 120 s, (b) 210 s, (c) 240 s에 따른 단면 형상. 75
Figure. 4.8. Co 와 Co Se 촉매의 X-선 회절 분석 패턴. 77
Figure. 4.9. Co-Se 촉매의 TEM 분석. (a) 저 분해능 TEM 사진, (b) 회절 패턴 (c-e) Co, Se, O elemental mapping. 77
Figure. 4.10. Co 및 Co-Se 촉매의 XPS 스펙트럼. (a) Co 촉매의 Co 2p, (b-c) Co-Se 촉매의 Co 2p, Se 3d. 79
Figure. 4.11. 1 M KOH에서 도금액 조성 변화에 따른 Se 함량 별 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 81
Figure. 4.12. 1 M KOH에서 전류밀도 변화에 따른 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 83
Figure. 4.13. 1 M KOH에서 도금시간 변화에 따른 Co-Se 촉매의 (a) OER, (b) HER 활성 평가 결과 85
Figure. 4.14. 1 M KOH에서 Co-Se, Co, Ni mesh 촉매의 OER, HER 활성 평가 결과 및 Tafel slope, EIS. (a) OER, (b) OER Tafel slope,... 88
Figure. 4.15. 0.8, 0.4, 0.2, 0.1, 0.05 V/s의 scan rate에서 CV를 이용한 전류 영역 측정 및 산화, 환원 피크 전류 vs. scan rate 간의 선형관... 91
Figure. 4.16. Co-Se 촉매의 산소 및 수소 발생 반응에서의 내구성 실험 결과. (a) OER. (b) HER 93