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  2. 2011.11.15 :: Photocatalytic Water Splitting (KO)
  3. 2011.11.15 :: Photocatalytic Water Splitting (EN)
  4. 2011.11.15 :: Fuel Cells (KO)
  5. 2011.11.15 :: Fuel Cells (EN)
Research 2011.11.15 20:52


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  Our research group has undertaken researches in various basic and
practical technologies 
to build a stable foundation for 
"Hydrogen Economy".
 
 "Hydrogen Economy" can be defined as an entire system of 
producing, storing, and utilizing hydrogen 
as the chief energy source 
for industries, transportations, and our convenient lives. 

  Hydrogen energy has been attracting a great deal of attention globally
since it is expected to give us effective solutions to a lot of global issues 

such as energy shortages and environmental problems that we will
        encounter soon. 
Furthermore, many celebrated scholars who have
        researched human energy consumption trends claim 
that people will
        have to depend on hydrogen energy more and more and eventually 
"the Hydrogen Age" will come in the future
Why do they claim like this 
The answer to the question can be found by considering the history of
human energy consumption.
  
  The primary energy source of human beings has been replaced by
another type of energy source: 
wood to coal, coal to petroleum, and
petroleum to natural gas. 
When we look at the phase of these sources,
we can recognize that the change is roughly from solid and liquid to
gas state. 
These fuels are mainly composed of 
carbon (C) and
hydrogen (H) and the higher-grade a fuel becomes, 
the more 
hydrogen
than carbon the fuel contains in itself. 
Therefore, we can deduce that 
a fuel which only consists of pure hydrogen would be the foremost energy
        source 
for human beings in the near future.
 
  Since there is no carbon atom in hydrogen, only water is emitted
after burning, 
and again this emitted water can be split into hydrogen
and oxygen molecules. 
Therefore, we can construct a clean and
sustainable hydrogen energy cycle 
because energy will be obtained 
not from fossil fuel sources but from water and sunlight, the ultimate
and infinite energy sources.

  In order to contribute to realizing the "Hydrogen Economy",
our research group has studied about: 

1) Photo-catalytic hydrogen production 
as a means to produce hydrogen,

2) Nano materials which are capable of storing hydrogen
as a means to deliver and store hydrogen, and 

3) Fuel cells as a means to effectively utilize hydrogen produced
from the above processes. 

  Our group has reported a lot of influential results of the above research 
fields and been performing various experiments ceaselessly and having 
thorough discussions to make these research results put to practical use.   


posted by ECOCAT
Research 2011.11.15 20:48

star01c.gif 광촉매를 이용한 물분해  

   현재 수소를 얻기 위해 사용하는 방법에는 화석연료의 리포밍(96%)과 물의 전기분해(4%)
 

두 가지가 있다. 전자는 수소 생산 과정에서 이산화탄소가 발생하기 때문에 친환경적이지 

못하며, 후자는 에너지원으로 전기에너지를 이용하기 때문에 수소의 생산 단가가 매우 높아       

비경제적이다. 그러므로, 지구상에 거의 무한정 공급되는 태양에너지를 이용하여 친환경적·         

경제적으로 수소에너지를 생산하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 

   현재 태양에너지를 수소에너지원으로 전환하려는 방법들 중 가장 이상적인 것은 직접              

 빛에너지를 흡수할 수 있는 광촉매(Photocatalyst)로 직접 물을 분해하여 수소를 제조하는             

광화학반응기술이라 할 수 있다. 궁극적인 에너지원인 태양광과 풍부한 물을 이용하여 수소를       

 생산해내고 부산물로 얻어지는 산소 역시 효용가치가 크다는 점에서, 광촉매를 이용한 기술은       

가장 이상적인 수소생산방법이라고 할 수 있다.


  1972년 TiO2 단결정 전극에 빛을 비추면 물이 분해된다는 사실이 보고된 이후로 현재까지         

 많은 연구자에 의해 다양한 광촉매들이 개발되었지만, 대부분의 광촉매들이 3eV 이상의 큰         

 밴드갭 에너지를 가지고 있어 자외선 영역에서만 수소 제조가 가능하다는 한계점을 가지고         

 있었다. 자외선은 전체 태양광영역에서 불과 5%정도만을 차지하므로 효율적인 태양광에너지의     

 이용을 위해서는 태양광의 거의 절반을 차지하는 가시광선(400~700nm; 1.77~3.1eV)하에서       

 물분해 활성을 나타내는 광촉매의 개발이 절실하게 되었으며, 전 세계적으로 많은 연구자들이     

 가시광 광촉매의 개발에 박차를 가하고 있다.


  본 연구실은 페로브스카이트(perovskite) 구조의 물질을 합성하여 자외선 하에서 기존의 광촉매   

 들보다 뛰어난 양자 효율을 얻은 바 있으며, 최근에는 21세기 프론티어사업의 지원 아래 태양광   

 전환 수율이 3%인 산화물 광촉매를 개발하였다. 수소제조용 가시광 광촉매를 개발하기 위해         

 양이온(음이온)치환법, intercalation등의 다양한 연구를 수행해 왔으며, 현재는 nano-composite     

 형태의 산화물 광촉매 및 복합광촉매를 개발하기 위한 연구에 주력하고 있다. 


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posted by ECOCAT
Research 2011.11.15 20:45

star01c.gif Water Splitting by Photocatalyst

  There are two old-fashioned ways to get hydrogen; reforming of fossil fuels(96%) and electrolysis of water (4%). The former is not eco-friendly due to the carbon dioxide coming from the process, and the letter is inefficient because it costs too much to use electric energy. Thus, there are a lot of researches for producing hydrogen energy with eco-friendly and efficient ways by utilizing infinite solar energy. At present, the most ideal way to force solar energy into a source of hydrogen energy is photochemical reaction where light absorbable photocatalyst decomposes water into hydrogen and oxygen. This method can be called as the most ideal process to make hydrogen because it uses water(which is abundant in earth) and sunlight(that is most ultimate energy source); furthermore, by-product oxygen is quite beneficial material.

    There have been many studies to develop diverse photocatalysts since the fact that TiO2 single crystal electrode can decompose water under light irradiation was reported in 1972. But, there is a serious limit that hydrogen production can be done only in ultraviolet region because most photocatlysts have big more than 3eV- bandgap energy. To effectively harvest solar energy, we need photocatalysts showing activity in the visible region(400nm~700nm; 1.77~3.1eV) for splitting water; because ultraviolet region only occupies 5% of whole solar spectrum. Therefore, there are a lot of researchers who spur developing visible light photocatalysts.

    Our group synthesized perovskite-structure material, and it displayed outstanding quantum yield comparing with preexisting photocatalysts. And recently, we developed the oxide photocatalyst showing STH(solar to hydrogen) 3% with support by 21st Century Frontier Center. We have been conducting various researches such as cation(anion) substitution method, intercalation to make visible light photocatalysts for hydrogen production, and now we are focusing on making nano-composite oxide photocatalysts and composite photocatalysts.



posted by ECOCAT
Research 2011.11.15 20:44

star01c.gif 연료전지용 전해질막 및 전극 개발 

수소에너지를 실생활에 이용할 수 있는 형태로 바꾸어 주는 것은 연료전지(Fuel Cell)이다. 

연료전지는 연료의 화학에너지를 전기에너지로 바로 바꾸어주는 일종의 에너지 변환장치로써, 

기존의 화력 발전과 달리 연소 과정이 없기 때문에 효율이 높고 환경 문제를 유발하지 않는다. 

따라서 인류가 당면한 에너지와 환경 문제를 해결할 수 있는 유력한 대안이라고 할 수 있을 것이다. 


fc1


여러 형태의 연료전지 중에서 저온형 연료전지에 해당하는 PEMFC (Proton Exchange Membrane 

Fuel Cell)와 DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)는 높은 에너지 밀도를 가지며, 낮은 온도에서 

작동될 수 있기 때문에 이동용 장치 및 운송수단등 에 적합하다. 그러나 Platinum의 가격과 낮은 

매장량, 고가의 Nafion Membrane (Dupont사) 사용, 메탄올의 느린 산화속도,  그리고 연료의 

crossover 등과 같은 기술적 장벽들이 남아있다.




fc2




본 연구실에서는 연료전지(PEMFC, DMFC 등)의 전해질막으로 쓰이고 있는 고가의 Nafion Membrane

대체를 위해 inorganic filler 및 carbon을 이용한 composite membrane을 개발하는 연구를 수행하고 

있다. 전극의 경우 Platinum의 비용 문제 를 해결하고자 Low-Pt 나아가 Non-Pt 전극물질 개발에 

힘쓰고 있으며, anode에는 Tungsten Carbide, cathode에서는 Nitrogen  처리된 Carbon 및 Nitride 

물질 등에 기반한 연구를 지속하고 있다.





posted by ECOCAT
Research 2011.11.15 20:43

star01c.gif Development of Membrane and Electrodes for Fuel Cell 

Fuel Cells are energy conversion devices which convert chemical energy
of fuel into electric energy directly. They are more efficient compared to
combustion engines. Also, undesirable products such as NOx and Sox are
virtually zero.

   


 

fc1


 LTFCs (Low Temperature Fuel Cell), PEMFC and DMFC, have high energy density so they are suitable for portable device and transportation. However, limited resources and high cost of Pt in electrodes hinder the widespread commercialization of fuel cells. Further, the high cost of membrane and low oxidation rate of methanol remained as technical drawbacks.

 

fc2

We focus on the development of composite membrane to substitute for Nafion membrane using 
inorganic filler and carbon. In electrodes case, we investigate tungsten carbide for anode catalysts, nitrogen treated carbon and nitride materials for cathode catalysts to make low-Pt or non-Pt electro-catalysts.

- Synthesis of noble-metal-thrifty electro-catalysts for electrochemical oxidation of ethanol and hydrogen.

- Development of Inorganic Fillers for Polymer Composite Membranes for DMFC.

- Research for cathodic catalysts preserved the high corrosion resistance on carbon materials.

- Direct methylformate fuel cell.


 


posted by ECOCAT