기존의 에너지 자원이 점점 고갈되고 환경문제가 심화되고 있는 현 인류가 당면한 문제를 개선하기 위해서는 대체 에너지 제조기술 개발은 가장 우선적으로 다루어져야 할 연구 분야이다. 현재 사용되는 화석연료의 의존에서 벗어나 자원이 무한하고, 깨끗하며 안전한 대체에너지로 가장 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 따라서 친환경적인 고효율의 수소에너지의 생산, 저장 및 ...
기존의 에너지 자원이 점점 고갈되고 환경문제가 심화되고 있는 현 인류가 당면한 문제를 개선하기 위해서는 대체 에너지 제조기술 개발은 가장 우선적으로 다루어져야 할 연구 분야이다. 현재 사용되는 화석연료의 의존에서 벗어나 자원이 무한하고, 깨끗하며 안전한 대체에너지로 가장 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 따라서 친환경적인 고효율의 수소에너지의 생산, 저장 및 전기에너지로 변환하는 기술 등은 에너지안보 및 국가 경쟁력을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 기존에 연구되고 있는 수소화붕소 나트륨(SBH, 7.6 wt.%)에 비해 수소 저장능력이 우수한 암모니아 보란 (Ammonia borane, 19.6 wt.%)을 이용하여 탈수소화 반응을 통해 수소를 발생시켰으며, 이를 PEMFC연료전지에 공급, 전기를 발생시켰다. 또한 최근 조종사가 탑승하지 않고 활용분야에 따라 다양한 임무를 수행할 수 있어 빠르게 성장하고 있는 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)의 수소 에너지 파워팩으로 탑재하여, 실증실험을 진행하였다. 기초 실험으로 첨가제 없이 온도에 따른 암모니아 보란을 탈수소반응을 진행하였으나, 85℃의 비교적 낮은 온도에서는 수소 발생이 전혀 없었던 반면, 100 ℃이상의 높은 온도에서는 수소 발생량이 급격하게 증가한다. 이와 같이 반응온도를 유지하기 위해 에너지를 공급하면서 암모니아 보란의 탈수소화 반응을 진행하면 전체 발전 시스템의 에너지 효율이 떨어진다. 저온에서의 탈수소화 반응을 촉진하기 위해서 유기용매인 T4EGDE를 반응물의 솔벤트로 사용하여 85 ~ 145 ℃에서 열분해 실험을 한 결과, 수소발생 및 유도시간을 단축되고, 첨가제가 없는 암모니아 보란의 탈수소화 반응보다 수소 발생이 증가했으며, 발생시간이 짧아진 것을 확인할 수 있었다. 즉 폴리에테르를 암모니아 보란의 탈수소화 반응의 솔벤트로 사용할 경우, 탈수소화 반응이 촉진되는 것을 알 수 있었다. 위의 실험결과에 기초하여 무인 항공기에서 암모니아 보란의 탈수소화 반응에 의하여 수소가 발생, 200 We PEMFC 연료전지를 통해 전기를 공급하는 실증 실험을 진행하였으며, 무인 항공기의 수소 에너지 파워팩의 효율이 다음의 항목들의 개선에 의하여 증가하게 되었다. 1. 암모니아 보란의 분말을 이용할 경우 많은 양의 수소가 일시에 방출되어 수소가스 분출 속도를 조절하기 어려웠다. 이를 개선하기 위해 암모니아 보란을 펠렛으로 만들어 공급 속도를 조절하면서 반응기에 넣을 수 있도록 컨베이어 시스템을 개발, 도입하여 안정된 수소 발생을 유도하였다. 2. 암모니아 보란의 탈수소화 반응으로 인한 보라진과 같은 분순물이 생성이 되며 이는 연료전지의 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 개선하기 위해 고 흡수성 카본 필터를 사용해서 불순물 흡착, 분리시켜 순도를 높인 수소를 PEMFC에 공급하여 전기를 생산할 수 있도록 하였다. 3. 암모니아 보란을 이용한 탈수소화 반응 시스템을 경량화 하여 더욱 많은 시간을 항공기가 체공할 수 있도록 하였다. 이에 따라 제작된 무인항공기용 수소 에너지 파워팩의 무게는 약 2.6 kg이었으며, RF(무선주파수)방식의 비행시스템 및 데이터 수집을 제어할 수 있으며, 무인 항공기를 1시간 정도 비행할 수 있었다.
기존의 에너지 자원이 점점 고갈되고 환경문제가 심화되고 있는 현 인류가 당면한 문제를 개선하기 위해서는 대체 에너지 제조기술 개발은 가장 우선적으로 다루어져야 할 연구 분야이다. 현재 사용되는 화석연료의 의존에서 벗어나 자원이 무한하고, 깨끗하며 안전한 대체에너지로 가장 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 따라서 친환경적인 고효율의 수소에너지의 생산, 저장 및 전기에너지로 변환하는 기술 등은 에너지안보 및 국가 경쟁력을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 기존에 연구되고 있는 수소화 붕소 나트륨(SBH, 7.6 wt.%)에 비해 수소 저장능력이 우수한 암모니아 보란 (Ammonia borane, 19.6 wt.%)을 이용하여 탈수소화 반응을 통해 수소를 발생시켰으며, 이를 PEMFC 연료전지에 공급, 전기를 발생시켰다. 또한 최근 조종사가 탑승하지 않고 활용분야에 따라 다양한 임무를 수행할 수 있어 빠르게 성장하고 있는 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)의 수소 에너지 파워팩으로 탑재하여, 실증실험을 진행하였다. 기초 실험으로 첨가제 없이 온도에 따른 암모니아 보란을 탈수소반응을 진행하였으나, 85℃의 비교적 낮은 온도에서는 수소 발생이 전혀 없었던 반면, 100 ℃이상의 높은 온도에서는 수소 발생량이 급격하게 증가한다. 이와 같이 반응온도를 유지하기 위해 에너지를 공급하면서 암모니아 보란의 탈수소화 반응을 진행하면 전체 발전 시스템의 에너지 효율이 떨어진다. 저온에서의 탈수소화 반응을 촉진하기 위해서 유기용매인 T4EGDE를 반응물의 솔벤트로 사용하여 85 ~ 145 ℃에서 열분해 실험을 한 결과, 수소발생 및 유도시간을 단축되고, 첨가제가 없는 암모니아 보란의 탈수소화 반응보다 수소 발생이 증가했으며, 발생시간이 짧아진 것을 확인할 수 있었다. 즉 폴리에테르를 암모니아 보란의 탈수소화 반응의 솔벤트로 사용할 경우, 탈수소화 반응이 촉진되는 것을 알 수 있었다. 위의 실험결과에 기초하여 무인 항공기에서 암모니아 보란의 탈수소화 반응에 의하여 수소가 발생, 200 We PEMFC 연료전지를 통해 전기를 공급하는 실증 실험을 진행하였으며, 무인 항공기의 수소 에너지 파워팩의 효율이 다음의 항목들의 개선에 의하여 증가하게 되었다. 1. 암모니아 보란의 분말을 이용할 경우 많은 양의 수소가 일시에 방출되어 수소가스 분출 속도를 조절하기 어려웠다. 이를 개선하기 위해 암모니아 보란을 펠렛으로 만들어 공급 속도를 조절하면서 반응기에 넣을 수 있도록 컨베이어 시스템을 개발, 도입하여 안정된 수소 발생을 유도하였다. 2. 암모니아 보란의 탈수소화 반응으로 인한 보라진과 같은 분순물이 생성이 되며 이는 연료전지의 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 개선하기 위해 고 흡수성 카본 필터를 사용해서 불순물 흡착, 분리시켜 순도를 높인 수소를 PEMFC에 공급하여 전기를 생산할 수 있도록 하였다. 3. 암모니아 보란을 이용한 탈수소화 반응 시스템을 경량화 하여 더욱 많은 시간을 항공기가 체공할 수 있도록 하였다. 이에 따라 제작된 무인항공기용 수소 에너지 파워팩의 무게는 약 2.6 kg이었으며, RF(무선주파수)방식의 비행시스템 및 데이터 수집을 제어할 수 있으며, 무인 항공기를 1시간 정도 비행할 수 있었다.
Ammonia borane (AB) possesses excellent hydrogen storage capability of 19.6 wt.%, in comparison with sodium borohydride (7.6wt.%). In this study, AB was used to generate hydrogen supplied to PEMFC for electricity generation. Also, the PEMFC power pack fueled by ammnoia borane has been equipped in re...
Ammonia borane (AB) possesses excellent hydrogen storage capability of 19.6 wt.%, in comparison with sodium borohydride (7.6wt.%). In this study, AB was used to generate hydrogen supplied to PEMFC for electricity generation. Also, the PEMFC power pack fueled by ammnoia borane has been equipped in recently spotlighted Unmanned Aerial Vehicle (UAV). As basic experiments, the temperature dependence of the dehydrogenation rate of AB without additives was studied. Hydrogen release rates were measured to be negligible at 85 ℃ while the hydrogen generation rate sharply increased at the temperature above 100 ℃. In this reaction condition, external heat supply to the reactor would be required to maintain the reaction temperature, leading to the significant decrease in the power generation efficiency of the whole system. On the other hand, the addition of polyethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether (T4EGDE) effectively promoted the dehydrogenation reaction at 85 ~ 145 ℃ as well as shortening the induction period to initiate hydrogen release. Based on the above experimental results, the hydrogen generator via T4EGDE-promoted thermolysis of AB has been developed and equipped with 200We PEMFC power pack in the application for UAVs. We can conclude that the efficiency of this power pack was significantly improved by the following reason; 1. Development of the conveyor-type feeding system with the capability of feeding AB pellets continously as well as adjusting the feed rate. 2. Development of filters filled with super-absorbent carbon to effectively eliminate impurities in hydrogen which can deactivate PEMFC. 3. Development of lightweight hydrogen generator (2.6 kg) with load following capacity via rate-controlled T4EGDE-via thermolysis of AB, based on the conveyor-type feeding system and the filter. Finally, the 200We PEMFC power pack has been manufactured and the RF flight control and data acquisition capabilities. The UAV with this power pack accomplished the its flight test for 1 hour.
Ammonia borane (AB) possesses excellent hydrogen storage capability of 19.6 wt.%, in comparison with sodium borohydride (7.6wt.%). In this study, AB was used to generate hydrogen supplied to PEMFC for electricity generation. Also, the PEMFC power pack fueled by ammnoia borane has been equipped in recently spotlighted Unmanned Aerial Vehicle (UAV). As basic experiments, the temperature dependence of the dehydrogenation rate of AB without additives was studied. Hydrogen release rates were measured to be negligible at 85 ℃ while the hydrogen generation rate sharply increased at the temperature above 100 ℃. In this reaction condition, external heat supply to the reactor would be required to maintain the reaction temperature, leading to the significant decrease in the power generation efficiency of the whole system. On the other hand, the addition of polyethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether (T4EGDE) effectively promoted the dehydrogenation reaction at 85 ~ 145 ℃ as well as shortening the induction period to initiate hydrogen release. Based on the above experimental results, the hydrogen generator via T4EGDE-promoted thermolysis of AB has been developed and equipped with 200We PEMFC power pack in the application for UAVs. We can conclude that the efficiency of this power pack was significantly improved by the following reason; 1. Development of the conveyor-type feeding system with the capability of feeding AB pellets continously as well as adjusting the feed rate. 2. Development of filters filled with super-absorbent carbon to effectively eliminate impurities in hydrogen which can deactivate PEMFC. 3. Development of lightweight hydrogen generator (2.6 kg) with load following capacity via rate-controlled T4EGDE-via thermolysis of AB, based on the conveyor-type feeding system and the filter. Finally, the 200We PEMFC power pack has been manufactured and the RF flight control and data acquisition capabilities. The UAV with this power pack accomplished the its flight test for 1 hour.
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