연료전지는 현재 신재생 에너지의 하나로 미래에너지로 각광받고 있는 새로운 대체에너지 자원이다. 하지만 100년 넘게 연구되어온 연료전지는 비용이라는 장벽에 막혀 현재 상용화 단계에 이르지 못하고 있는 실정이며 가장 많은 비용을 차지하는 부분은 촉매와 membrane으로 50% 이상의 비용을 차지하고 있다. 이러한 비용 문제를 개선하고자 시작된 미세유체 연료전지 (Microfluidic fuel cell (MFFC))는 2002년부터 연구된 새로운 타입의 연료전지로서, 연료와 산화제를 모두 액체상태로 구동시켜 microchannel 내에서 ...
연료전지는 현재 신재생 에너지의 하나로 미래에너지로 각광받고 있는 새로운 대체에너지 자원이다. 하지만 100년 넘게 연구되어온 연료전지는 비용이라는 장벽에 막혀 현재 상용화 단계에 이르지 못하고 있는 실정이며 가장 많은 비용을 차지하는 부분은 촉매와 membrane으로 50% 이상의 비용을 차지하고 있다. 이러한 비용 문제를 개선하고자 시작된 미세유체 연료전지 (Microfluidic fuel cell (MFFC))는 2002년부터 연구된 새로운 타입의 연료전지로서, 연료와 산화제를 모두 액체상태로 구동시켜 microchannel 내에서 층류를 유지시키며 작동되는 연료전지이다. 이 시스템은 소형화가 가능하고 층류현상으로 연료와 산화제를 지속적으로 구분시켜 주기 때문에 membrane이 필요하지 않아 비용 절감이 가능하며, water management, cross over, humidification등의 과정이 필요 없는 신 개념의 연료전지이다. 미세유체 연료전지가 이처럼 많은 장점을 가지고 있지만 아직 상용화 단계에 이르지 못하고 있는 이유 중 하나는 바로 유동을 생성하기 위해 syringe pump와 같은 외부 에너지원이 필요하다는 점이다. 이는 연료전지 단일 cell에서는 소형화가 가능하지만 시스템 전체적인 부피는 소형화가 불가능하다는 점과, 외부 동력 사용으로 효율을 감소시키게 되는 큰 단점으로 작용하였다. 본 연구에서는 전력소모가 없는 삼투압 펌프를 내장시킨 미세유체 연료전지를 개발하여, 외부 동력원 없이 구동 가능한 시스템을 구현하였다. 이로서 효율 향상과 소형화를 가능하게 하였으며 상용화 가능성을 제시하였다.
연료전지는 현재 신재생 에너지의 하나로 미래에너지로 각광받고 있는 새로운 대체에너지 자원이다. 하지만 100년 넘게 연구되어온 연료전지는 비용이라는 장벽에 막혀 현재 상용화 단계에 이르지 못하고 있는 실정이며 가장 많은 비용을 차지하는 부분은 촉매와 membrane으로 50% 이상의 비용을 차지하고 있다. 이러한 비용 문제를 개선하고자 시작된 미세유체 연료전지 (Microfluidic fuel cell (MFFC))는 2002년부터 연구된 새로운 타입의 연료전지로서, 연료와 산화제를 모두 액체상태로 구동시켜 microchannel 내에서 층류를 유지시키며 작동되는 연료전지이다. 이 시스템은 소형화가 가능하고 층류현상으로 연료와 산화제를 지속적으로 구분시켜 주기 때문에 membrane이 필요하지 않아 비용 절감이 가능하며, water management, cross over, humidification등의 과정이 필요 없는 신 개념의 연료전지이다. 미세유체 연료전지가 이처럼 많은 장점을 가지고 있지만 아직 상용화 단계에 이르지 못하고 있는 이유 중 하나는 바로 유동을 생성하기 위해 syringe pump와 같은 외부 에너지원이 필요하다는 점이다. 이는 연료전지 단일 cell에서는 소형화가 가능하지만 시스템 전체적인 부피는 소형화가 불가능하다는 점과, 외부 동력 사용으로 효율을 감소시키게 되는 큰 단점으로 작용하였다. 본 연구에서는 전력소모가 없는 삼투압 펌프를 내장시킨 미세유체 연료전지를 개발하여, 외부 동력원 없이 구동 가능한 시스템을 구현하였다. 이로서 효율 향상과 소형화를 가능하게 하였으며 상용화 가능성을 제시하였다.
Fuel cells are one of the most effective technologies for future energy economy. It has been studied over a decade and started to replace fossil fuel such as power plant, internal combustion engine. Howenver, since the cost is too high, fuel cells need national support to be utilized in our life (Th...
Fuel cells are one of the most effective technologies for future energy economy. It has been studied over a decade and started to replace fossil fuel such as power plant, internal combustion engine. Howenver, since the cost is too high, fuel cells need national support to be utilized in our life (The main portion of the cost is membrane). To overcome the economic barrier, microfluidic fuel cell (MFFC) was invented. MFFC is a new fuel cell type with using co-laminar flow in microchannel operating without membrane. In MFFC, electrochemical reaction occurs while co-flows of liquid fuel and liquid oxidant are constantly supplied on each electrode (cathode and anode) patterned in a microchannel. To generate constant laminar flows, a pumping system is essential, and such additional power source for the pumps such as syringe pump significantly reduces in total electrical efficiency. Here, we propose an external power-free MFFC system harnessing osmosis-driven passive pump. The osmosis-driven pump is a passive pump, and it is small (1x1x1 cm), light, and suitable for adding on the MFFC system. Formic acid was used as fuel and dissolved oxygen in water was used as oxydant and sulphuric acid was used as electrolyte. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) was used to fabricate the micro channel of MFFC and osmotic pump. We believe our system will be a solution to increases the whole system efficiency. In addition, the small-sized and light-weight osmosis-driven pump enables MFFC applications such as portable electrical devices or fuel cell stack. fuel cell source for portable electrical devices or fuel cell stack.
Fuel cells are one of the most effective technologies for future energy economy. It has been studied over a decade and started to replace fossil fuel such as power plant, internal combustion engine. Howenver, since the cost is too high, fuel cells need national support to be utilized in our life (The main portion of the cost is membrane). To overcome the economic barrier, microfluidic fuel cell (MFFC) was invented. MFFC is a new fuel cell type with using co-laminar flow in microchannel operating without membrane. In MFFC, electrochemical reaction occurs while co-flows of liquid fuel and liquid oxidant are constantly supplied on each electrode (cathode and anode) patterned in a microchannel. To generate constant laminar flows, a pumping system is essential, and such additional power source for the pumps such as syringe pump significantly reduces in total electrical efficiency. Here, we propose an external power-free MFFC system harnessing osmosis-driven passive pump. The osmosis-driven pump is a passive pump, and it is small (1x1x1 cm), light, and suitable for adding on the MFFC system. Formic acid was used as fuel and dissolved oxygen in water was used as oxydant and sulphuric acid was used as electrolyte. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) was used to fabricate the micro channel of MFFC and osmotic pump. We believe our system will be a solution to increases the whole system efficiency. In addition, the small-sized and light-weight osmosis-driven pump enables MFFC applications such as portable electrical devices or fuel cell stack. fuel cell source for portable electrical devices or fuel cell stack.
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