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도심서 달리는 소형 수소모빌리티, 기대감 ‘쑤욱’ < 기업 < FOCUS < 기사본문 - 월간수소경제 (h2news.kr)

 

도심서 달리는 소형 수소모빌리티, 기대감 ‘쑤욱’

월간수소경제 = 이상현 기자 | 수소가 일상 속으로 침투하고 있다. 현재 국내에서 가장 쉽게 만나볼 수 있는 수소제품은 넥쏘(수소 승용차)라고 봐도 무방하다. 최근 수소버스 보급이 확대되고

www.h2news.kr

 

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PFAS chemicals are toxic. They persistently contaminate water and soil and accumulate in humans and animals through food and consumer products. The European Chemicals Agency (ECHA) therefore published a proposal in February 2023 that would ban the production, use and distribution (including the import) of PFAS in the European economic area. The semiconductor industry views the threat of a PFAS ban as a critical issue because the chemicals are used as membranes and housings in filters, as well as in processes such as etching and cleaning. According to numerous manufacturers, there is no viable alternative to the long-lasting per- and polyfluoroalkyl chemicals, and banning them would make production of most semiconductor products impossible. However, researchers at Fraunhofer IAP in Potsdam have now successfully developed a PFAS-free membrane for a supplier to the semiconductor industry. This membrane is based on conventional, specifically stabilized polymers, which could replace PFAS membranes. The polymer polyacrylonitrile (PAN) membrane offers high chemical and mechanical stability. It also has an extremely small pore diameter of around seven nanometers. This is necessary to separate particulate impurities from production and to filter and recycle the fluids required for the process, such as acids and solvents. The membrane can be customized to meet specific needs, which makes it easy to integrate the new process into existing systems to manufacture the next generation of chips.


Impurities and contaminants must be avoided
“Chip manufacturing involves numerous process steps such as cutting, cleaning and planarization to apply the structures to the wafer. All of these operations produce particulate contaminants that must be separated out in each process, otherwise they would interfere with the creation of nanometer-sized structures,” says Dr. Murat Tutus, engineer at Fraunhofer IAP and head of the “Membranes and functional films” department. Murat Tutus and his team have succeeded in creating a chemically and mechanically highly stable membrane made of conventional polymer, which can filter out particles with a pore size of just seven nanometers. For comparison: In medical engineering, filters with a pore size of 220 nanometers are used for sterile filtration. “We were able to use another component patented by us to chemically modify the polymer and stabilize it also for harsh environments,” says the researcher.

The researchers were also tasked with achieving a pore size distribution that deviated only negligibly from seven nanometers. In addition, the membrane should be highly permeable. “The degree of permeability is defined by the number of pores on the surface. The smaller the pores, the lower the permeability. To increase permeability, we therefore had to increase the number of pores in a second step while keeping the pore size constant,” explains Tutus.

Membrane production with REACH-compliant solvents
Since the membrane’s pore size and permeability can be customized to specific needs, it will be easy to adapt it to diverse applications in other industries. As an added benefit, membrane customization means that existing systems can continue to be used and no staff training is required. Dr. Tutus and his team see a great deal of potential for their developments in the pharmaceutical and chemical industries, which also use aggressive solvents. The membrane production itself uses REACH-compliant solvents (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) and low temperatures throughout, making it an overall sustainable process. The membrane is fabricated using a NIPS (non-solvent induced phase separation) process, which also allows researchers to customize the morphology, or pressure stability, of the membrane.
Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP  (iap.fraunhofer.de)
Research News June 2024 - PFAS-free polymer membranes for semiconductor processing [ PDF  0.35 MB ]

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자료출처 대전일보

일 자 2024.6.12

전기화학 증착 시간에 따라 변해가는 산화물 나노 촉매의 형상. 한국에너지기술연구원 제공.

고효율 청정에너지원으로 주목받고 있는 '고체산화물 연료전지'의 성능을 대폭 향상시킨 촉매 코팅 기술이 개발됐다.

12일 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)에 따르면 수소융복합소재연구실 최윤석 박사는 한국과학기술원 신소재공학과 정우철 교수, 부산대학교 재료공학부 박범경 교수 연구진과의 공동연구를 통해 단 4분 만에 고체산화물 연료전지의 성능을 대폭 향상시키는 촉매 코팅 기술을 개발하는 데 성공했다.

연료전지는 수소경제를 이끄는 고효율 청정에너지원으로 주목받고 있다. 그중 발전효율이 가장 높은 고체산화물 연료전지는 수소, 바이오가스, 천연가스 등 다양한 연료로 사용할 수 있다. 공정 중 발생하는 열을 이용한 복합발전도 가능하다.

고체산화물 연료전지의 성능은 공기극(양극)에서 일어나는 산소환원반응에 의해 결정된다. 연료극(음극)에서 일어나는 반응에 비해 공기극의 반응 속도가 느려 전체 반응 속도를 제한하기 때문이다.

이처럼 느린 속도를 극복하기 위해 활성이 높은 새로운 공기극 소재를 개발하고 있었지만, 아직은 화학적 안정성이 부족해 지속적인 연구가 필요한 상황이었다.

이에 에너지연 연구진은 안정성이 우수해 산업계에 널리 사용되는 소재인 LSM-YSZ 복합전극(이하 '복합전극')의 성능을 한 차원 높이는 데 집중했다. 그 결과 복합전극 표면에 산소환원반응을 활발하게 하는 나노 크기의 프라세오디뮴 산화물(PrOx) 촉매 코팅 공정을 개발, 이를 적용해 고체산화물 연료전지의 성능을 대폭 향상했다.

연구진은 또 상온, 상압에서 작동하며 복잡한 장비와 공정이 필요하지 않은 전기화학 증착법을 도입했다. 복합전극을 프라세오디뮴(Pr) 이온이 포함된 용액에 담가 전류를 흐르게 하면, 전극 표면에서 생성된 수산화기(OH-)와 프라세오디뮴 이온이 만나 침전물의 형태로 변하고 전극에 균일하게 코팅된다. 이렇게 형성된 코팅층은 건조 과정을 거쳐 산화물 형태로 바뀌고 고온의 환경에서도 안정적으로 전극의 산소환원반응을 촉진한다. 이 코팅 공정에 들이는 시간은 단 4분에 불과하다.

아울러 연구진은 코팅된 나노 촉매가 산소 교환, 이온 전도를 촉진하는 원리를 규명해 촉매 코팅 방식으로 복합전극의 낮은 반응 속도를 해결할 수 있다는 학술적 근거도 제시했다.

연구내용 개략도. 한국에너지기술연구원 제공.

최윤석 박사는 "이번에 개발한 전기화학 증착 기술은 기존 고체산화물 연료전지 제작 공정에 큰 영향을 주지 않는 후처리 공정으로 산화물 나노 촉매를 도입해 산업적 활용성이 높다"며 "고체산화물 연료전지뿐만 아니라 수소 생산을 위한 고온 수전해(SOEC) 등 다양한 에너지 변환장치에 적용 가능한 원천기술을 확보했다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 산업통상자원부 신재생에너지핵심기술개발사업과 과학기술정보통신부 개인기초연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 재료과학 분야 세계적 학술지인 'Advanced Materials(IF 29.4)'지에 게재됐다.

 
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トヨタ紡織は5月22~24日にパシフィコ横浜で開催された「人とくるまのテクノロジー展 2024」に小型化燃料電池システム(ハイドロジェンパワーシステム)を搭載した「FCアシスト自転車」を参考出品した。今後はシステムのさらなる小型化を進め、自転車だけでなく、あらゆる小型モビリティへの搭載を目指しているという。

 

【写真】「FCアシスト自転車」のシステムなどをイラストなどで見る

 

トヨタ紡織はトヨタMIRAIやクラウンFCEVの燃料電池スタック用セパレータ、エアフィルターほかトヨタ燃料電池車のコア技術を開発・生産していることで知られる。 その知見や技術を活かし、早期の量産・商品化を目指して開発が進んでいるのが小型燃料電池システム「ハイドロジェンパワーシステム(製品名)」である。 同社が長年にわたり培ってきた精密プレス技術や樹脂成型技術も織り込み、今回は完成度をさらに高めて自転車に搭載して参考出品された。 ハイドロジェンパワーシステムは、大きく分けて3つのパートから構成されている。「FCスタック(水素と酸素を反応させて電気を取り出す)」、「リチウムイオン電池(瞬間的な入出力を補助)」そして「モーター(駆動アシスト用)」だ。 なかでも手乗りサイズまで小型化することに成功したFCスタックはFCEVなどで見慣れた大型のそれとは異なり、“よくぞここまで!”と驚くほどコンパクト。水素タンクは別体式だが、こちらもペットボトルサイズ。短時間で水素の充填が可能なうえ、低圧(1MPa未満)なので取扱い免許が不要な点でも将来の普及を加速しそうだ。

高度なFCシステムをコンパクトサイズに凝縮

今回参考出品されたFC自転車では、FCによる発電量は一定とされている。常時モーターをアシストしてペダル踏力の軽減を行い、下り坂など負荷がない時には電力はリチウムイオン電池に蓄えられる。そして登坂や漕ぎだし時など瞬間的に高出力が必要な場合は、リチウムイオン電池から電力を補助する仕組みだ。 また、水素タンクは水素を出し続けると冷えて水素を出しづらくなる特性がある一方、FCスタックは発電を続けると熱を持つ性質がある。そこで水素タンクとFCスタックのあいだに水を循環させて互いの特性を生かすコンパクトな「熱マネージメントシステム」が採用されている。 同社では、シェアリングサービスや配送サービスなどのビジネスユースの電動アシスト自転車への導入をきっかけに、今後は医療現場で使用される電動車イスまで、あらゆる小型モビリティにハイドロジェンパワーシステムを搭載することを目指している。 現在はその実現に向けて、よりいっそうのシステム小型化とスタックの高出力密度化の研究・開発を急いでいるという。 水素が我々の生活に根を下ろすには、法整備や製造方法の確立などで、まだ少々時間がかかりそうではある。だが、こうした身近なモビリティへの活用がきっかけとなって、いつのまにか当たり前の存在になっている時代が来るのかもしれない。

 

燃料電池搭載の「FCアシスト自転車」をトヨタ紡織が参考出品。水素社会の到来はもうすぐ!?(スマートモビリティJP) - Yahoo!ニュース

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ホンダは北米市場における将来的な燃料電池製品の拡大に向けて、初めての大型トラックコンセプトを公開した。新型の燃料電池システムはGMとの合弁会社で製造する量産型で、前世代比でコストを低減した上で性能は向上、耐久性は2倍に高めたという。

このほか、2024年2月に東京で世界初公開され、同年夏に日本で発売予定となっている量産型プラグイン燃料電池自動車「CR-V e:FCEV」なども展示した(米国初公開)。CR-V e:FCEVは同年中に米国でも発売する予定だ。 文/トラックマガジン「フルロード」編集部 写真/American Honda Motor Co., Inc.・Peterbilt

ホンダが米国で燃料電池大型トラックを公開

 数多くのトラックショーが開催される米国だが、流行り・廃りも激しく、近年ではACT(アドバンスト・クリーン・トランスポーテーション)エキスポが重視されている。  そのACTエキスポに、乗用車メーカーのホンダが世界初公開の「クラス8水素燃料電池トラック」というコンセプト車両を出展した。「クラス8」は米国の重量車区分で最も重いトラック(総重量80,000ポンド=約36トン級のトラック)に相当する。  こうしたデモンストレーションなどを通じて、北米市場において将来的に燃料電池製品を投入することを目指している。

 ホンダは2050年までにすべての製品でのカーボンニュートラル達成と事業による環境への影響をゼロにするという目標に向けて、水素ビジネスを拡大するためのパートナーを探している。  アメリカン・ホンダ・モーターの役員で持続可能性&ビジネス開発を担当するライアン・ハーティ氏は次のように話している。  「クラス8を含む商用車において、燃料電池技術は既存のディーゼル車に代わる最良の選択肢であり、ホンダの広範な水素ビジネス戦略においても重要な位置にあります。  ホンダはこうした水素燃料電池ソリューションを、ここ北米市場に投入するため、コラボレーション可能なビジネスやお客様を積極的に探しています」。  実際に運行可能なホンダのクラス8トラックは、新型燃料電池(FC)システムを3基搭載する。これは、ホンダとゼネラル・モーターズ(GM)の合弁企業であるフューエル・セル・システム・マニュファクチャリング社(FCSM、米国ミシガン州)が量産するもの。  新型FCシステムはホンダの水素ビジネス戦略においても重要なものとなる。ホンダとGMは過去10年間に渡り共同開発を続けており、前世代比で性能向上を実現しつつ耐久性は2倍となり、コストは3分の2まで低減した(ホンダ「クラリティ・フューエル・セル」に搭載した燃料電池システムとの比較)。  この新型燃料電池システムを活用するにあたって、当初から重要になるコア領域が4つあるとホンダは考えている。燃料電池電気自動車(FCEV)、燃料電池商用車、定置発電機、建設機械の4つだ(なお日本の商用車分野では、いすゞ自動車と共同で燃料電池トラックの開発を進めている)。  ACTエキスポでは展示に加えて、ホンダの水素計画の詳細についてハーティ氏による基調講演も行なわれる。

ホンダのACTエキスポ展示内容と燃料電池トラック

 ホンダはACTエキスポのブース#1031に次のようなゼロエミッション商品と技術を展示する。  ・クラス8燃料電池トラックコンセプト : ACTエキスポで世界初公開 ・2025 ホンダ CR-V e:FCEV : 量産型プラグイン水素燃料電池車(米国初公開) ・ホンダの燃料電池システム : 脱炭素社会の実現に向けて水素の活用を推進するホンダの戦略の中心にある ・ホンダの自動運転ワークビークル(AWV) : 職場の効率を向上し、反復作業などを支援する全電動オフロード車のプロトタイプ  展示するクラス8水素燃料電池トラックコンセプトの車両緒元は以下のようになっている。

 

 全長/全幅/全高 : 8,000mm / 2,400mm / 4,000mm 連結総重量 : 37,273kg 車両重量/積載量(目標値) : 12,918kg / 24,355kg 最高速度 : 70MPH (約113km/h) 航続距離(積載時、推定) : 400マイル(約644km) FCシステム出力 : 合計240kW(80kW FC * 3基) タンク容量@圧力 : 82kg@700bar(気体の高圧水素) バッテリー容量 : 120kWh  

 

なお、ホンダのプレスリリースにおいてベース車両への言及はないが、米国・ピータービルトのクラス8バッテリーEV「モデル579EV」に見える。  ピータービルトは米国のケンワースやオランダのDAFなどと共にパッカーグループに属し燃料電池技術にも積極的だが、ケンワースは燃料電池トラックをトヨタと共同開発しており、パッカーとしてもFCEVでトヨタと提携しているのは気になるところだ。

ホンダが北米向け燃料電池大型トラックを世界初公開!! 新型FCシステムで積載量25トン・航続距離650kmのコンセプト車(ベストカーWeb) - Yahoo!ニュース

 

ホンダが北米向け燃料電池大型トラックを世界初公開!! 新型FCシステムで積載量25トン・航続距

 ホンダは北米市場における将来的な燃料電池製品の拡大に向けて、初めての大型トラックコンセプトを公開した。新型の燃料電池システムはGMとの合弁会社で製造する量産型で、前世代比

news.yahoo.co.jp

 

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