본 연구에서 기존의 기체인 수소를 사용한 연료전지와는 달리 탄소를 직접 전기로 변환할 수 있는 직접 탄소 연료전지 (Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)를 사용하여 고체탄소연료의 산화거동을 알아보았다. 직접탄소연료전지는 연료인 탄소를 석탄, 석유타르, 나무 등 다양한 재료로부터 제조할 수 있다. 이러한 여러가지 연료 중 나무를 탄화시킨 것을 연료로 사용하여 용융탄산염 연료전지기술을 기반으로 탄소의 산화거동을 측정하였다. 탄소의 산화거동해석은 총 4가지로 나누어 검토하였다. ● 탄화온도변화 400℃, 800℃, 1200℃에 따른 탄소연료의 산화거동을 자연계 참나무 숯을 사용하여 검토하였다. 400℃~800℃에서 N2 분위기에 탄화된 참나무를 사용하였다. 그리고 1200℃에서 탄화된 탄소는 구입하여 알맞은 크기로 분쇄하여 연료로 사용하였다. ● 탄소연료의 주입방법을 두 가지로 Powder cell과 Cartridge cell로 분류하여 Electrochemical process 와 Chemical - Electrochemical process 로 탄소의 산화 형태를 평가하였다. ● 참나무 탄소연료의 ...
본 연구에서 기존의 기체인 수소를 사용한 연료전지와는 달리 탄소를 직접 전기로 변환할 수 있는 직접 탄소 연료전지 (Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)를 사용하여 고체탄소연료의 산화거동을 알아보았다. 직접탄소연료전지는 연료인 탄소를 석탄, 석유타르, 나무 등 다양한 재료로부터 제조할 수 있다. 이러한 여러가지 연료 중 나무를 탄화시킨 것을 연료로 사용하여 용융탄산염 연료전지기술을 기반으로 탄소의 산화거동을 측정하였다. 탄소의 산화거동해석은 총 4가지로 나누어 검토하였다. ● 탄화온도변화 400℃, 800℃, 1200℃에 따른 탄소연료의 산화거동을 자연계 참나무 숯을 사용하여 검토하였다. 400℃~800℃에서 N2 분위기에 탄화된 참나무를 사용하였다. 그리고 1200℃에서 탄화된 탄소는 구입하여 알맞은 크기로 분쇄하여 연료로 사용하였다. ● 탄소연료의 주입방법을 두 가지로 Powder cell과 Cartridge cell로 분류하여 Electrochemical process 와 Chemical - Electrochemical process 로 탄소의 산화 형태를 평가하였다. ● 참나무 탄소연료의 OCV 상태와 부하 50mA/cm2의 기체조성분석은 Gas chromatography(GC, HP 5890II)를 사용하였고, 전지의 온도와 위치에 따른 기체조성을 분석하였다. ● 다양한 탄소연료로 참나무, 대나무, 코크스, 흑연에 대한 탄소산화 거동을 검토 하였다. 전기화학적 실험으로는 EG&G 273A를 이용하여 steady-state polarization, step- chronopotentiometry로 분석하였다. 탄소의 표면분석에는 SEM, 결정도 분석에는 XRD를, 표면적분석에는 BET를 사용했다. 결과적으로 DCFC에서 고체탄소의 산화는 탄화온도가 낮은 탄소연료보다는 높은 온도에서 탄화시킨 연료가 성능은 낮았으나 장시간 운전이 용이 하였다. 탄소의 산화과정에서 발생된 CO가 전극반응에 관여하게 되는데 이러한 반응들은 CE (Chemical - Electrochemical) 메커니즘을 뒷받침해주고 있으며 이는 고체연료를 사용하는 DCFC에 있어 용융탄산염이 관여하는 특성을 규명하는 기초자료 이다. 또한, 탄소의 결정도와 탄산염의 비율이 높을수록 CO의 발생의 차이에 의해 전압이 달라지는 결과로부터 반응특성을 해석할 수 있었다.
본 연구에서 기존의 기체인 수소를 사용한 연료전지와는 달리 탄소를 직접 전기로 변환할 수 있는 직접 탄소 연료전지 (Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)를 사용하여 고체탄소연료의 산화거동을 알아보았다. 직접탄소연료전지는 연료인 탄소를 석탄, 석유타르, 나무 등 다양한 재료로부터 제조할 수 있다. 이러한 여러가지 연료 중 나무를 탄화시킨 것을 연료로 사용하여 용융탄산염 연료전지기술을 기반으로 탄소의 산화거동을 측정하였다. 탄소의 산화거동해석은 총 4가지로 나누어 검토하였다. ● 탄화온도변화 400℃, 800℃, 1200℃에 따른 탄소연료의 산화거동을 자연계 참나무 숯을 사용하여 검토하였다. 400℃~800℃에서 N2 분위기에 탄화된 참나무를 사용하였다. 그리고 1200℃에서 탄화된 탄소는 구입하여 알맞은 크기로 분쇄하여 연료로 사용하였다. ● 탄소연료의 주입방법을 두 가지로 Powder cell과 Cartridge cell로 분류하여 Electrochemical process 와 Chemical - Electrochemical process 로 탄소의 산화 형태를 평가하였다. ● 참나무 탄소연료의 OCV 상태와 부하 50mA/cm2의 기체조성분석은 Gas chromatography(GC, HP 5890II)를 사용하였고, 전지의 온도와 위치에 따른 기체조성을 분석하였다. ● 다양한 탄소연료로 참나무, 대나무, 코크스, 흑연에 대한 탄소산화 거동을 검토 하였다. 전기화학적 실험으로는 EG&G 273A를 이용하여 steady-state polarization, step- chronopotentiometry로 분석하였다. 탄소의 표면분석에는 SEM, 결정도 분석에는 XRD를, 표면적분석에는 BET를 사용했다. 결과적으로 DCFC에서 고체탄소의 산화는 탄화온도가 낮은 탄소연료보다는 높은 온도에서 탄화시킨 연료가 성능은 낮았으나 장시간 운전이 용이 하였다. 탄소의 산화과정에서 발생된 CO가 전극반응에 관여하게 되는데 이러한 반응들은 CE (Chemical - Electrochemical) 메커니즘을 뒷받침해주고 있으며 이는 고체연료를 사용하는 DCFC에 있어 용융탄산염이 관여하는 특성을 규명하는 기초자료 이다. 또한, 탄소의 결정도와 탄산염의 비율이 높을수록 CO의 발생의 차이에 의해 전압이 달라지는 결과로부터 반응특성을 해석할 수 있었다.
The aim of this work is to analyze carbon oxidation behavior of carbon from oak in a coin type DCFC (Direct Carbon Fuel Cell). This is a unique characteristic compared to the conventional fuel cell, which is based on the most reactive fuel of hydrogen. The fuel cell based on H2 has advantages in ter...
The aim of this work is to analyze carbon oxidation behavior of carbon from oak in a coin type DCFC (Direct Carbon Fuel Cell). This is a unique characteristic compared to the conventional fuel cell, which is based on the most reactive fuel of hydrogen. The fuel cell based on H2 has advantages in terms of fuel distribution, discharge of product gases, scale-up by stacking cells, etc. However, it also have some disadvantages: production of CO2 during conversion of fossil fuel to H2, requirement for a reforming system from fossil fuel to H2, and the complexity of gaseous fuel storage and supply. The DCFC generates electricity by the oxidation carbon and reduction oxygen. The of oxidation behavior Oak carbon has been investigated with four fields. 1) The carbon was prepared with oak at various temperatures(400 ~ 1200℃). The oak was carbonized at each temperature for 120 min under N2 condition, which of oxidation behavior had investigated with electrochemical analysis for each characteristic. 2) There were two kinds of injection ways. First, the oak carbon fuels is Powder type and the other one is Cartridge type. Two ways make a comparison between Electrochemical process and Chemical - Electrochemical process, a direct oxidation of carbon can be evaluated. 3) In this study analysis method for the fuel cell performance was gas chromatography (GC, HP 5890II). The aim is building the interrelations between gas concentrations from the carbon and voltage of the DCFC. 4) Various carbon fuels (oak, bamboo, coke, graphite) were investigated for carbon oxidation behavior. Electrochemical experiments using EG&G 273A include steady-state polarization, step-chronopotentiometry was analyzed. Surface analysis of carbon was done with a SEM, crystalline structure analysis was done by using XRD and surface area was measured with BET analysis. As a result, oxidation of solid carbon generates CO, which is related to the electrode reaction in a DCFC. This is the background of the CE (Chemical-Electrochemical) mechanism in DCFC. In addition, the higher crystalline carbon gives lower OCV, indicating less CO production at hihger crystalline carbon.
The aim of this work is to analyze carbon oxidation behavior of carbon from oak in a coin type DCFC (Direct Carbon Fuel Cell). This is a unique characteristic compared to the conventional fuel cell, which is based on the most reactive fuel of hydrogen. The fuel cell based on H2 has advantages in terms of fuel distribution, discharge of product gases, scale-up by stacking cells, etc. However, it also have some disadvantages: production of CO2 during conversion of fossil fuel to H2, requirement for a reforming system from fossil fuel to H2, and the complexity of gaseous fuel storage and supply. The DCFC generates electricity by the oxidation carbon and reduction oxygen. The of oxidation behavior Oak carbon has been investigated with four fields. 1) The carbon was prepared with oak at various temperatures(400 ~ 1200℃). The oak was carbonized at each temperature for 120 min under N2 condition, which of oxidation behavior had investigated with electrochemical analysis for each characteristic. 2) There were two kinds of injection ways. First, the oak carbon fuels is Powder type and the other one is Cartridge type. Two ways make a comparison between Electrochemical process and Chemical - Electrochemical process, a direct oxidation of carbon can be evaluated. 3) In this study analysis method for the fuel cell performance was gas chromatography (GC, HP 5890II). The aim is building the interrelations between gas concentrations from the carbon and voltage of the DCFC. 4) Various carbon fuels (oak, bamboo, coke, graphite) were investigated for carbon oxidation behavior. Electrochemical experiments using EG&G 273A include steady-state polarization, step-chronopotentiometry was analyzed. Surface analysis of carbon was done with a SEM, crystalline structure analysis was done by using XRD and surface area was measured with BET analysis. As a result, oxidation of solid carbon generates CO, which is related to the electrode reaction in a DCFC. This is the background of the CE (Chemical-Electrochemical) mechanism in DCFC. In addition, the higher crystalline carbon gives lower OCV, indicating less CO production at hihger crystalline carbon.
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