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기술개요 - 용출 기술은 환원분위기에서 산화물 내부로부터 표면 위로 나노 입자를 성장시키는 방법으로 연료전지 전극의 반응활성면적 및 3상계면을 극대화할 수 있음. - 일반적으로, 두 전극과 전해질로 이뤄진 연료전지구조(공기극/전해질/연료극) 에서 전극은 스크린 프린팅, 테이프 캐스팅, 딥코팅 등 추가 세라믹 공정으로 형성한 후 용출을 통해 나노 입자를 표면위에 성장시킴으로 연료극을 구성함. - 프로톤 전도성 연료전지의 낮은 작동온도(400~600℃)에서는 용출 성장이 매우 제한되어 나노 입자 형성을 통한 성능향상을 기대하기 어려운 점이 있음. 발명개요 본 발명은 나노 촉매 용출을 위한 프로톤 전도성 전해질 소재의 화학적 조성, 연료극 층이 없는 연료전지 제작공정 및 프로톤 전도성 연료전지 적용을 위한 저온 용출이 가능한 방법(화학량론 제어, 용출 트리거 기법, 등)을 포함함. - 페롭스카이트 모상 조성: Ba_x(Zr,Ce,Y,Yb)_1-yM_yO_3 (0.8<x<1.05 , 0<y<0.2) M'':Ni, Co, Fe, Cu, Ru, Pt, Pd, Ir, Ag, Au, Rh 다양한 금속종류가 적용 가능함. (실험적으로는 Ni, Co, Fe, Cu, NiCu, CoCu, FeCu 용출이 확인되었음.) 소재합성 방법 (고상반응법) - 조성에 따라 Sol-gel 등 wet chemical 방법으로도 합성할 수 있음. 1. 각 금속에 대한 전구체( BaCO3, 등)를 설계한 페롭스카이트 조성에 맞게 정량한 후 Ethyl alcohol에서 스티어링을 통해 혼합. 2. 분말 혼합물은 건조 후 일축가압법으로 펠렛화하여 900-1100도씨 가소결을 진행함. 3. 가소결한 펠렛은 볼 밀링을 통한 분쇄 후 다시 펠렛화하여 1300-1500도씨 소결하여 페롭스카이트 산화물을 합성함. 단위전지 제작 방법1 (프레싱 및 폴리싱 공정) 1. 펠렛화하여 합성한 본 소재를 전해질 지지체로 사용함. 2. 펠렛을 200-500μm 두께로 폴리싱함. 3. 볼밀링으로 공기극 소재를 페이스트화 하여 펠렛의 한 면에 공기극 페이스트를 스크린 프린팅 한 후 1000-1300도씨 소결하여 단위전지를 제작함. 단위전지 제작방법2 (테이프 캐스팅 공정) 1. 고상반응법 등으로 합성한 용출 소재는 Plenetary ball milling 공정을 통해 2 마이크론 이하로 분쇄함 2. 에탄올-톨루엔 분산매, PVB (바인더), 분산제, DBP (가소제)를 Ball mill을 통해 혼합하여 슬러리를 제작함 3. 제작한 슬러리를 이용한 테이프 캐스팅을 통해 약 100 마이크로미터 두께의 green sheet를 제작함 4. 1400-1500 도씨 5시간 소결을 통해 서포트를 제작함 5. 볼밀링으로 공기극 소재를 페이스트화 하여 펠렛의 한 면에 공기극 페이스트를 스크린 프린팅 한 후 1000-1300도씨 소결하여 단위전지를 제작함. 용출 나노입자 성장 방법 1. 수소 등 연료전지 작동분위기에서 500~1000 도씨 1시간 이상 환원

세포밖소포체는 나노 크기의 입자로서 부모 세포의 단백질, 지질, 핵산 등 바이오 분자들을 포함하고 있다. 따라서 세포밖소포체를 이용한 질병 진단법 개발이 많이 이뤄지고 있으며, 이 외에도 생리학적 기능을 갖고 있는 세포밖소포체를 이용하여 의약품, 화장품, 식품 소재로 개발하는 연구도 활발히 이뤄지고 있다. 하지만, 체액 혹은 배양액 중 세포밖소포체는 농도가 낮으므로 농축이 필요하며, 특히 진단법 개발헐을 위해서는 체액 내 세포밖소포체를 체액으로부터 완전히 분리하는 것이 필요하다. 이는 바이러스와 최근 COVID-19로 인해 널리 보급된 lipid nanoparticle 기반의 백신도 마찬가지이다. 이들은 모두 100 nm 수준의 나노 크기로서 액체 내에서 분리 또는 농축하는 것이 매우 난해하다. 따라서 손쉽게 액체로부터 이들 나노입자를 분리하는 기술 개발이 필요하다. 고흡수성 수지는 기저귀, 생리대 등에 널리 사용되는 소재로서 자신의 건조중량의 수백배에 달하는 물을 흡수할 수 있는 물질이다. 표면과 내부의 워터채널을 통하여 물을 흡수하며 워터채널보다 작은 물질은 물과 함께 흡수하며 세포밖소포체와 같은 나노 입자들은 흡수하지 못하고 배제할 수 있다. 본 기술은 이러한 성질을 이용하여, 세포밖소포체와 같은 나노입자가 포함된 액체에서 고흡수성 수지를 활용하여 액체를 완전히 흡수시켜 고흡수성 수지 표면에 모일 수 있게 분리하는 기술을 개발하였다. 본 기술을 이용하면 세포밖소포체, 바이러스, 백신 등의 나오 입자를 손쉽고 저렴하게 분리할 수 있으며, 이를 통해 의약품 생산 및 진단법 개발에 접목할 수 있다.

본 발명은 티타늄 다공성 전달층 상에 형성된 탄소 매트릭스를 이용한 산화 이리듐 나노입자의 산소발생반응에 대한 활성 및 내구성 향상에 관한 것으로, 구체적으로 다공성 전달층 기판에 고분자를 코팅하는 단계 및 금속 전구체를 함침하는 단계, 그리고 해당 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 탄소 매트릭스에 임베디드 된 금속 나노입자 제조방법과 상기 방법에 의해 제조된 수전해용 산소발생전극을 개시한다. 본 발명에 따른 촉매는 탄소 매트릭스에 의해 금속 나노 입자의 담지가 원활 해졌으며 넓은 표면적을 보여주었다. 또한, 최적화된 두께의 탄소 매트릭스에 임베디드 된 이리듐 나노 입자는 산소발생반응의 가혹한 조건에서도 극심하게 뭉치거나 용출되지 않고 우수한 내구성을 보여주었고, 또한, 탄소 매트릭스에 의한 전기전도도 향상으로 높은 전류밀도에서 더 높은 활성을 가짐을 확인하였다.