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Overview

VINATech은 탄소 소재 기술을 바탕으로 연료전지 소재/부품 및 탈취제에 대한 솔루션을 가지고 있으며 시장을 선도하는 여러 연료전지 핵심 기술을 보유하고 있습니다.

VINATech은 2002년 CNF(Carbon Nano Fiber)에 대한 원천 기술을 독자적인 연구로 확보했으며 이후로 탄소 활성화, 탄소 형상 제어, 탄소 복합화, 금속 촉매 합성/첨착하는 기술을 개발 및 상용화해왔습니다.

현재 확보한 기술은 연료전지용 탄소 지지체/촉매/막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 탈취제 양산에 적용하고 있습니다.

MEA

비나텍 CNF의 특징

CNF(Carbon Nano Fiber)는 그래핀(Graphene)층의 배열 형상에 따라 Platelet 타입, Herring bone 타입, Tubular 타입으로 Division하며, 나노 사이즈의 섬경(5 ~ 350nm)과 높은 결정성(d002 : 3.36~3.5Å)을 가지는 섬유상 카본입니다. Platelet타입은 섬유 방향과 수직하게 그래핀(Graphene)층이 배열되며, Herringbone타입은 기울기를 가지고 적층되며, Tubular타입은 섬유 방향과 평행하게 형성됩니다.

비나텍 CNF의 특징은 10nm 이하 섬경 Herring bone 타입과 고결정성(3.38Å 이하) Platelet 타입 제조가 가능하며 소재의 특성을 제어할 수 있습니다.

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형태 제품 섬경(nm) 결정성 (d002 : Å) 결정자 직경 (Lc002 : nm)
Platelet 타입 PCNF 80~350 3.36 30
Herring bone 타입 PCNF 10~80 3.4~3.5 1~5
Tubular 타입 TCNF 5~50 3.4~3.5 2~5

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제품 현미경 사진 형성구조 Surface Edges
PCNF MEA MEA

Perpendicular to the fiber axis

Diameter : 80~350 nm

d002 : 3.36Å

Lc002 : 30 nm

HCNF MEA MEA

Symmetrically angled to the fiber axis

Diameter : 10~80 nm

d002 : 3.4~3.5Å

Lc002 : 1~5 nm

TCNF MEA MEA

Parallel to the fiber axis hollow

Diameter : 5~50 nm

d002 : 3.4~3.5Å

Lc002 : 2~5 nm

비나텍 카본 제어 기술

비나텍은 CNF 표면에 물리 화학적 처리와 고온 열처리를 함으로써, 결정성을 증가 시키고, 에지(Edge)를 정렬 하며 표면 특성을 변화 시키는 형상 제어 기술과 단일 소재들의 장점들을 결합하여 전기 전도성, 방열 특성, 분산성, 비표면적을 개선하는 복합화 기술을 보유하고 있습니다.

비나텍의 CNF는 에지 정렬을 통한 내식성, 표면 특성 변화를 통한 분산성, 복합화를 통한 전기전도성과 방열 특성이 우수합니다.

비나텍은 CNF 원료 물질을 확보 하고 있으며, 고객님의 응용 분야에 적합하도록 표면 첨착 상태, 층간 거리, 이온의 층간 삽입 여부가 최적화된 CNF를 생산하고 있습니다.

[ 비나텍 Carbon 표면제어 기술 ]

[ 비나텍 카본부활 기술 : 비표면적 제어기술 ]

비나텍 카본 물질 특허

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특허 등록 번호 제품 출원 연도
IPC B82B-003/00 10-0483803-0000 섬유상 나노 탄소 제조법 2002
PCT/KR2003/002180 US7470418 B2 Ultra-fine Fibrous Carbon And Preparation Method Thereof 2003
PCT/KR2005/004596 US20090004095 A1 Porous Filamentous Nano Carbon And Method Of Forming The Same 2005
10-1774706 촉매 지지체의 제조방법과 이를 포함한 연료전지용 촉매 2017
US 10,511,029 B2 Manufacturing Catalyst Support and Catalyst for Fuel Cell 2019

연료전지 부품

비나텍은 보유하고 있는 CNF 물질 특허를 바탕으로 연료 전지용 지지체, 촉매 그리고 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)를 세계에서 유일하게 종합적으로 제공합니다.

비나텍은 결정성 카본을 촉매 담지체로 사용함으로써, 연료 전지의 수명 연장에 유리한 내식성이 우수한 촉매와 MEA를 제공합니다.

비나텍은 내식성 및 형상에 따라 Division되는 지지체 제품, 지지체 별로 Division되는 촉매 제품와 비나텍의 촉매가 적용된 MEA 제품을 생산하고 있습니다.

연료전지 개요

연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소를 연료의 화학반응을 통해 전기를 생산하는 일종의 발전기입니다.
연료전지는 화석 연료 생산에 비해 오염 물질 발생량이 적고 부산물의 대부분 물이라는 특징이 있어 친환경 에너지원으로 주목 받고 있습니다.

연료전지는 휴대용 발전기, 운송수단(자동차, 선박, 철도, 드론, 비행기 등)의 동력원으로 사용되고 가정집/상업용 건물에서는 보일러 및 분산 발전으로 사용할 수 있으며 발전소에서는 대용량 발전용으로도 사용됩니다.

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종류 전해질 작동 온도(℃) 응용분야
고분자 전해질막 연료전지 (PEMFC) 이온 교환막 저온: < 80
고온: 120~180
모빌리티, 가정·상업용
(1~200kW)
직접 메탄올 연료전지 (DMFC) 이온 교환막 < 80 휴대용, 상업용
(< 1kW)

비나텍은 촉매, 지지체와 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 직접 개발하고 생산합니다. 비나텍은 결정성 카본을 촉매 지지체로 사용함으로써 연료전지 수명을 개선합니다.
연료전지의 촉매 성능을 높이기 위해서는 2nm~3nm의 작은 촉매 입자가 필요하며, 촉매만으로는 필요한 작은 입자를 형성할 수 없고, 촉매를 지지체 위에 분산시킴으로써 작은 입자를 형성할 수 있습니다.

비나텍 연료전지 지지체는 CNF 또는 고내구성 카본블랙 제품으로서 카본 부식에 의한 촉매 수명단축을 최소화하는 제품입니다.

  • - Fibrous carbon & spherical : High crystallinity & high surface
  • - High electrical conductivity by high crystallinity
  • - High anti-corrosion
  • - Catalyst on edge : Fibrous carbon
  • - VINATech independently develops and produces carbon supports (US 15/366,440, JP 4819061 )

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Division *BET(m2/g) *XRD(d002)(nm) Type Performance
VFS-PL0100 60~70 0.336~0.338 CNF Platelet
VFS-HE0150 100~150 0.340~0.345 CNF Herringbone
VFS-SP0450 400~500 0.345~0.355 Carbon black Sphere
VFS-SP0750 700~800 0.345~0.355

*1. BET : Brunauer–Emmett–Teller 이론을 따르는 비표면적

*2. XRD(d002) : X-Ray Diffraction, X-선 회절에 의한 층간 거리

[ 1.2V 이상의전압에서 카본 부식 ]

비나텍 연료전지 담지체는 전기화학 분석에 의한 카본 내식성 시험에서 높은 내식성을 보이며, 지지체별 내식성 관계는 다음과 같습니다.

비나텍 연료전지 촉매는 백금을 사용하며, 2.5nm~3nm의 입자로 형성되어, 반응 면적이 넓고 부식에 강한 제품으로서, 연료전지의 성능 향상과 수명 유지에 적합한 제품입니다.
비나텍 연료전지 촉매는 자체 개발한 고 내식성 카본을 적용했기 때문에 1.2V 이상의 조건에서도 우수한 특성을 가집니다. Dissolution, 탈리,입자 성장 현상이 적고 Metal 안정성이 좋은 촉매입니다.

  • - High durability with VINATech’s in-house developed Catalyst Support
  • - High anti-corrosion
  • - High conductivity
  • - Highly stable : Platinum on edge

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Division Pt content (%) ECSA(m2/g) Particle size(nm) Support type
VFC-HE 20~60 30~45 2.5~2.8 Herringbone
VFC-SP 50~60 2.5~3.0 Carbon black

*ECSA : Electrochemical Surface Area

DOE Standard기준, 상용 제품 대비 우월한 촉매 내구 특성을 보유합니다.
검증된 성능평가 조건(DOE Standard) 기준 Half Cell 촉매 열화 테스트 30,000사이클 전/후 비교 자료입니다.

  • Commercial

    MEA
  • VINATech

    MEA

AST Protocol

CV sweep profile : 0.6 V (3 s) ↔ 0.95 V (3 s)

30,000 Cycles

  • MEA
    Division Commercial VINA
    Loss 30k -42.71% -14.54%
  • MEA
    Division Ref VINA
    Loss 30k -28.18% -17.10%
MEA

VINATech 막전극접합체

비나텍 연료전지 MEA는 100nm이하의 전극 기공 제어 기술을 적용하여, 생성된 물의 배출이 원활한 제품으로서, 연료전지의 성능 향상과 수명 유지에 적합한 제품입니다.
비나텍은 2002년에 CNF(Carbon Nanofiber)에 대한 원천 기술을 독자적인 연구로 확보하였으며, 카본 활성화 기술, 형상 제어 기술, 복합화 기술 및 금속 촉매 첨착 기술을 기반으로 MEA 제품까지 확장했습니다. 비나텍 연료전지 부품은 지지체, 촉매와 MEA를 종합적으로 생산하여 제공합니다. VINATech R&D연구소는 수소연료전지에 적용할 수 있는 MEA를 직접 개발했으며 VFM-DM은 직접 메탄올 연료전지용(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)이며, VFM-PM은 양이온 교환막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)에 적용됩니다.

  • - High durability with Superior anti-corrosion ability by catalyst support
  • - Customized size and performance for Membrane Electrode Assembly
  • - Low humidity

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Product Performance Application Size Remark
VFM PM 1.5A/cm2 @0.6V, 60℃ Transportation,
Stationary
Customization
Available
CCM
5 layer,
7layer
DM 200mA/cm2 @ 0.45V, 65℃ Potable
Back-up power
CCG
5layer

비나텍 연료전지 부품 응용 분야

VINATech은 세계 유일하게 연료전지용 탄소 지지체, 촉매 그리고 막 전극 접합체(MEA, MembraneElectrode Assembly)를 개발 및 양산하고 있습니다.

Low Humidity Condition Test – VINATech MEA vs Commercial

Test Condition

T Cell : 60°C

P Cell : An / Ca = 1 bara / 1bara

Flow : H2 / Air = ×1.5 / ×2.0

RH : An / Ca = 100% / 100%
0% / 50%

Items Before mV @ 250 mA/㎠ mV @ 1,000 mA/㎠ mV @ 1,500 mA/㎠
VINATech 100-100 806 1.4 %↓ 689 3.2 %↓ 628 8.0 %↓
0-50 795 667 578
Commercial 100-100 794 2.1%↓ 667 5.3%↓ 565 13.2%↓
0-50 778 632 496

Acceleration Stress Test (AST) – VINATech MEA vs Commercial

AST Protocol

T Cell : 60°C

P Cell : An / Ca = 1 bar / 1 bar

Flow : H2 / N2 = 200cc / 600cc

RH : An / Ca = 100% / 100% Cycle : 500 mV/s (1.5 – 1.0V)

  • MEA
  • MEA
  • MEA
  • MEA

탈취제

비나텍은 보유하고 있는 활성탄소 처리 기술을 바탕으로 탈취제를 개발하여 대기업에 냉장고탈취제를 공급하고 있습니다.

비나텍은 활성탄소 고유의 흡착 기능과 금속 촉매 첨착기술을 이용하여 탈취제 솔루션을 제공하고 있습니다.

비나텍은 탈취제 솔루션은 활성탄소 및 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber) 소재 고유의 흡착 기능뿐만 아니라 흡착 대상 물질에 특화된 소재 전처리 기술을 보유하고 있으면 사용 흡착소재와 비교하여 성능이 우수하며 수명도 긴 특성을 보입니다.

비나텍 MEA는 저가습 분위기에서도 최적의 성능을 나타냄으로써 다양한 어플리케이션에 접목할 수 있는 강점을 보유하고 있습니다.

MEAMEA
  • 표시 pore 직경(nm)
    BLACK Macro-pore > 50
    BLUE Meso-pore 2 - 50
    RED Micro-pore < 2

비나텍 활성탄소 필터

비나텍은 냉장고 악취의 주요 원인이 되는 Methyl Mercaptan, Hydrogen Sulfide, Trimethylamine 등의 악취 가스를 제거하고 쾌적 한 냉장고 공기질 유지를 위해, 비표면적이 높은 활성탄소를 이용한 블록 형태의 냉장고 탈취 필터를 개발하여 국내 대기업에 공급하고 있습니다. 또한, 목적 가스별 최적 금속 촉매 선정 및 첨착 기술을 바탕으로 자동차 캐빈 에어 필터, 정수기 필터, 공기청정기 필터 등에 적용 가능한 필터 소재도 개발하고 있습니다.

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항목 사양 냉장고 탈취 필터 제품
형태 카본 블록 MEA
금속 촉매 Copper 3 wt%
바인더 폴리에틸렌 구형 바인더 10 wt%
비표면적 600 m2/g 이상
Pore Volume 0.28 cc/g 이상
탭 밀도 0.5 g/cc 이상
Methyl Mercaptan 파과시간 1500분 ~ 2000분
탈취 효율 90%
압축 강도 10 kgf/cm2 이상

비나텍의 탈취 필터는 제거 대상 가스에 특화된 금속 촉매 첨착 최적화 기술이 적용 되었으며, 상용 탈취 필터와 비교하여 우수한 탈취 성능을 보입니다.

[ Cu 금속이 첨착된 활성탄소 표면의 SEM 사진 ]

  • 표시 pore 직경(nm)
    BLACK Macro-pore > 50
    BLUE Meso-pore 2 - 50
    RED Micro-pore < 2
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