막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)의 설계인자 즉, 구성요소들이 직접 메탄올 연료전지의 성능에 미치는 영향을 알아보았다. MEA에서의 촉매층과 고분자 분리막의 계면저항을 줄이기 위하여 직접 코팅법을 사용하여 제조한 MEA 구조와 조성의 최적화를 실시하였으며, 기체 확산층, 촉매량, 고분자 전해질 분리막의 두께가 직접메탄을 연료전지의 성능에 미치는 영향을 알아보고, 전기화학적 분석법을 사용하여 성능향상 요인을 분석하였다. 본 연구를 통해 직접코팅법으로 제조한 MEA의 구조와 조성에 따른 성능변화 특성을 파악할 수 있었으며, 연료극과 공기극에 총 $4\;m/cm^2$ (Pt 기준)의 촉매를 사용하였을 때, $80^{\circ}C$ 1기압의 운전 조건하에서는 최고성능 $147\;mW/cm^2$, $60^{\circ}C$, 1기압의 운전 조건하에서는 최고성능 $100\;mW/cm^2$을 확보하였다.
막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)의 설계인자 즉, 구성요소들이 직접 메탄올 연료전지의 성능에 미치는 영향을 알아보았다. MEA에서의 촉매층과 고분자 분리막의 계면저항을 줄이기 위하여 직접 코팅법을 사용하여 제조한 MEA 구조와 조성의 최적화를 실시하였으며, 기체 확산층, 촉매량, 고분자 전해질 분리막의 두께가 직접메탄을 연료전지의 성능에 미치는 영향을 알아보고, 전기화학적 분석법을 사용하여 성능향상 요인을 분석하였다. 본 연구를 통해 직접코팅법으로 제조한 MEA의 구조와 조성에 따른 성능변화 특성을 파악할 수 있었으며, 연료극과 공기극에 총 $4\;m/cm^2$ (Pt 기준)의 촉매를 사용하였을 때, $80^{\circ}C$ 1기압의 운전 조건하에서는 최고성능 $147\;mW/cm^2$, $60^{\circ}C$, 1기압의 운전 조건하에서는 최고성능 $100\;mW/cm^2$을 확보하였다.
Direct coating of catalyst layer on the $Nafion^{(R)}$ membrane has been optimized in the process of fabrication of membrane electrode assembly (MEA) to enhance the performance of direct methanol fuel cell (DMFC). In this method, the contact resistance at the interface of the catalyst lay...
Direct coating of catalyst layer on the $Nafion^{(R)}$ membrane has been optimized in the process of fabrication of membrane electrode assembly (MEA) to enhance the performance of direct methanol fuel cell (DMFC). In this method, the contact resistance at the interface of the catalyst layer and the membrane was found to be low. The effect of catalyst loading, thickness of membrane and the gas diffusion layer (GDL) with or without the presence of micro-porous layer (MPL) on the performance of the MEA was also investigated. The MEA fabricated by the above-mentioned method exhibited a performance of $147\;mW/cm^2$ and $100\;mW/cm^2$ at $80^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, respectively, with the catalysts loading of $4\;mg/cm^2$.
Direct coating of catalyst layer on the $Nafion^{(R)}$ membrane has been optimized in the process of fabrication of membrane electrode assembly (MEA) to enhance the performance of direct methanol fuel cell (DMFC). In this method, the contact resistance at the interface of the catalyst layer and the membrane was found to be low. The effect of catalyst loading, thickness of membrane and the gas diffusion layer (GDL) with or without the presence of micro-porous layer (MPL) on the performance of the MEA was also investigated. The MEA fabricated by the above-mentioned method exhibited a performance of $147\;mW/cm^2$ and $100\;mW/cm^2$ at $80^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, respectively, with the catalysts loading of $4\;mg/cm^2$.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
60°C, 1 기압의 운전 조건 하에서의 기체 확산증의 다공성박막(MPL, micro porous layer)의 유무의 영향, 정해진 촉매 사용량(Pt기준 총 4 mg/cm2) 하에서의 연료극 공기극의 촉매 사용량 비율, 고분자 전해질 분리막 두께, 그리고 메탄올 연료의 농도가 성능에 미치는 영 향을 분석하였다. 이러한 여러 변수들을 최적화 하여 DMFC 성능을 향상시키는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
60°C, 1 기압의 운전 조건 하에서의 기체 확산증의 다공성박막(MPL, micro porous layer)의 유무의 영향, 정해진 촉매 사용량(Pt기준 총 4 mg/cm2) 하에서의 연료극 공기극의 촉매 사용량 비율, 고분자 전해질 분리막 두께, 그리고 메탄올 연료의 농도가 성능에 미치는 영 향을 분석하였다. 이러한 여러 변수들을 최적화 하여 DMFC 성능을 향상시키는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
일반적으로 소형 DMFC 스택은 약 60°C 부근에서 운전이 이루어지므로 본 연구에서도 60°C의 운전조건에 적합한 기체 확산층을 개발하기 위한 실험을 실시하였다[15~17]. 즉, 80”C 에서 얻은 MPL의 영향에 대한 결과(Figure 3)를 바탕으로 60°C 운전조건하에서 MPL의 영향을 살펴보았다.
제안 방법
"MPL의 유무가 직접 메탄올 연료전지 성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 양 전극에 MPL을 도포하지 않은 것 (Figure 3에 ""Both X""로 표기됨)과 각 한쪽의 전극에만 MPL을 도포한 것(Figure 3에 ""Ca. X"", 또는 ""An. X""로 표기됨) 그리고 양 전극 모두 MPL을 도포한 기체 확산층(Figure 3에 ""Both MPL O""로 표기됨)을 사용하여 MEA를 제작하고, 그 성능을 살펴보았다(Figure 3)."
MPL의 유무가 직접 메탄올 연료전지 성능에 미치는 영향 을 알아보기 위하여 양 전극에 MPL을 도포하지 않은 것 (Figure 3에 "Both X”로 표기됨)과 각 한쪽의 전극에만 MPL 을 도포한 것(Figure 3에 "Ca. X”, 또는 "An. X"로 표기됨) 그 리고 양 전극 모두 MPL을 도포한 기체 확산층(Figure 3에 "Both MPL O"로 표기됨)을 사용하여 MEA를 제작하고, 그 성능을 살펴보았다(Figure 3).
본 연구에서는 직접 코팅법을 사용하여 MEA(CCM, catalyst coated membrane)를 제조하였다. 60°C, 1 기압의 운전 조건 하에서의 기체 확산증의 다공성박막(MPL, micro porous layer)의 유무의 영향, 정해진 촉매 사용량(Pt기준 총 4 mg/cm2) 하에서의 연료극 공기극의 촉매 사용량 비율, 고분자 전해질 분리막 두께, 그리고 메탄올 연료의 농도가 성능에 미치는 영 향을 분석하였다. 이러한 여러 변수들을 최적화 하여 DMFC 성능을 향상시키는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
본 연구에서는 직접 코팅법을 사용하여 MEA(CCM, catalyst coated membrane)를 제조하였다. 60°C, 1 기압의 운전 조건 하에서의 기체 확산증의 다공성박막(MPL, micro porous layer)의 유무의 영향, 정해진 촉매 사용량(Pt기준 총 4 mg/cm2) 하에서의 연료극 공기극의 촉매 사용량 비율, 고분자 전해질 분리막 두께, 그리고 메탄올 연료의 농도가 성능에 미치는 영 향을 분석하였다. 이러한 여러 변수들을 최적화 하여 DMFC 성능을 향상시키는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
즉, 80”C 에서 얻은 MPL의 영향에 대한 결과(Figure 3)를 바탕으로 60°C 운전조건하에서 MPL의 영향을 살펴보았다. Figure 4는 공기극 MPL의 존재가 단위전지 성능에 미치는 영향을 알아 보기 위하여, 공기극에 0.6 mg/cm2 의 MPL을 담지시킨 것과 MPL이 없는 단위전지의 성능을 비교하였다. 연료극과 공기극의 촉매량은 백금기준 총 4 mg/cm2(연료극 : Pt-Ru 3.
전해질 저항과 전하 전달 저항을 측정하 기 위하여 임피던스 분석을 하였다. IM6 (Zahner, Germany)를 사용하여 1 A를 인가해 주고 100 mHz에서 1 kHz사이에서 갈바노스타트(Galvanostat) 모드로 임피던스를 측정하였다. 인가한 진폭(amplitude)은 ±50 mA였다.
MEA 제조방법에 따른 기본적인 성능 변화를 알아보기 위 하여 상기의 두 가지 방법을 이용하여 MEA 및 단위전지를 제 작하고 운전 특성을 살펴보았다. 운전 온도는 직접 메탄올 연 료전지의 운전 성능이 가장 안정한 온도로 알려진 80°C로 하 였다[12].
MEA 제조방법에 따른 기본적인 성능 변화를 알아보기 위 하여 상기의 두 가지 방법을 이용하여 MEA 및 단위전지를 제 작하고 운전 특성을 살펴보았다. 운전 온도는 직접 메탄올 연 료전지의 운전 성능이 가장 안정한 온도로 알려진 80°C로 하 였다[12].
MEA의 제조는 스프레이를 이용하여 고분자 전해질막에 촉매층을 담지시키는 직접 코팅법을 사용하였다. 촉매층이 입혀 진 고분자 전해질 분리막은 촉매층과 고분자 전해질 분리막의 접촉을 원활하게 하기 위하여 140°C에서 8 MPa의 압력으로 가열압착을 하였다.
촉매층이 입혀 진 고분자 전해질 분리막은 촉매층과 고분자 전해질 분리막의 접촉을 원활하게 하기 위하여 140°C에서 8 MPa의 압력으로 가열압착을 하였다. 고분자 전해질 분리막은 Du Pont사의 Nafion® 115를 사용하였고, 두께의 따른 영향을 알아보기 위 하여 Nafion® 115와 Nafion® 112를 비교 분석하였다.
촉매층이 입혀 진 고분자 전해질 분리막은 촉매층과 고분자 전해질 분리막의 접촉을 원활하게 하기 위하여 140°C에서 8 MPa의 압력으로 가열압착을 하였다. 고분자 전해질 분리막은 Du Pont사의 Nafion® 115를 사용하였고, 두께의 따른 영향을 알아보기 위 하여 Nafion® 115와 Nafion® 112를 비교 분석하였다.
본 연구에서는 직접 코팅법을 사용하여 MEA(CCM, catalyst coated membrane)를 제조하였다. 60°C, 1 기압의 운전 조건 하에서의 기체 확산증의 다공성박막(MPL, micro porous layer)의 유무의 영향, 정해진 촉매 사용량(Pt기준 총 4 mg/cm2) 하에서의 연료극 공기극의 촉매 사용량 비율, 고분자 전해질 분리막 두께, 그리고 메탄올 연료의 농도가 성능에 미치는 영 향을 분석하였다.
촉 매량은 백금량 기준으로 양쪽 전극 총 4 mg/cm2를 사용하였 다. 삼상계면의 확보를 위하여 Nafion® 이오노머의 함량은 촉 매량을 기준으로 연료극과 공기극 각각 10%를 사용하였다.
Figure 9는 고분자 전해질막의 두께에 따른 메탄올 농도의 효과를 보여주는 그림이다. 앞에서 살펴본 바와 같이 Nafion® 112의 경우 크로스오버를 최소화할 수 있는 저농도에서 높은 성능을 나타내고, Nafion® 115의 경우 상대적으로 고농도에 서 우수한 성능을 나타낼 것으로 예상되어 Nafion® 112는 저 농도에서, Nafion® 115는 고농도에서 성능을 중점적으로 살 펴보았다. Nafion® 112 (Figure 9 a)에서는 0.
Figure 9는 고분자 전해질막의 두께에 따른 메탄올 농도의 효과를 보여주는 그림이다. 앞에서 살펴본 바와 같이 Nafion® 112의 경우 크로스오버를 최소화할 수 있는 저농도에서 높은 성능을 나타내고, Nafion® 115의 경우 상대적으로 고농도에 서 우수한 성능을 나타낼 것으로 예상되어 Nafion® 112는 저 농도에서, Nafion® 115는 고농도에서 성능을 중점적으로 살 펴보았다. Nafion® 112 (Figure 9 a)에서는 0.
6 mg/cm2 의 MPL을 담지시킨 것과 MPL이 없는 단위전지의 성능을 비교하였다. 연료극과 공기극의 촉매량은 백금기준 총 4 mg/cm2(연료극 : Pt-Ru 3.3 mg/cm2, 공기극 : Pt 2.0 mg/cm2)을 사용하였다. Ohmic 손실 구간까 지는 두 전지의 성능이 비슷하지만 물질전달 손실 구간 즉, 고 전류 영역에서는 공기극에 MPL을 형성시킨 단위전지의 성능 이 더 우수한 것으로 나타났다.
일반적으로 소형 DMFC 스택은 약 60°C 부근에서 운전이 이루어지므로 본 연구에서도 60°C의 운전조건에 적합한 기체 확산층을 개발하기 위한 실험을 실시하였다[15~17]. 즉, 80”C 에서 얻은 MPL의 영향에 대한 결과(Figure 3)를 바탕으로 60°C 운전조건하에서 MPL의 영향을 살펴보았다.
전류인가와 전압을 측정하기 위한 실험 장치는 Smartn (Won-Atech, WPCI, KOREA)를 이용하여 단위전지 운전의 분극곡선을 측정하였다. 전해질 저항과 전하 전달 저항을 측정하 기 위하여 임피던스 분석을 하였다.
전류인가와 전압을 측정하기 위한 실험 장치는 Smartn (Won-Atech, WPCI, KOREA)를 이용하여 단위전지 운전의 분극곡선을 측정하였다. 전해질 저항과 전하 전달 저항을 측정하 기 위하여 임피던스 분석을 하였다. IM6 (Zahner, Germany)를 사용하여 1 A를 인가해 주고 100 mHz에서 1 kHz사이에서 갈바노스타트(Galvanostat) 모드로 임피던스를 측정하였다.
전류인가와 전압을 측정하기 위한 실험 장치는 Smartn (Won-Atech, WPCI, KOREA)를 이용하여 단위전지 운전의 분극곡선을 측정하였다. 전해질 저항과 전하 전달 저항을 측정하 기 위하여 임피던스 분석을 하였다. IM6 (Zahner, Germany)를 사용하여 1 A를 인가해 주고 100 mHz에서 1 kHz사이에서 갈바노스타트(Galvanostat) 모드로 임피던스를 측정하였다.
일반적으로 소형 DMFC 스택은 약 60°C 부근에서 운전이 이루어지므로 본 연구에서도 60°C의 운전조건에 적합한 기체 확산층을 개발하기 위한 실험을 실시하였다[15~17]. 즉, 80”C 에서 얻은 MPL의 영향에 대한 결과(Figure 3)를 바탕으로 60°C 운전조건하에서 MPL의 영향을 살펴보았다. Figure 4는 공기극 MPL의 존재가 단위전지 성능에 미치는 영향을 알아 보기 위하여, 공기극에 0.
일반적으로 소형 DMFC 스택은 약 60°C 부근에서 운전이 이루어지므로 본 연구에서도 60°C의 운전조건에 적합한 기체 확산층을 개발하기 위한 실험을 실시하였다[15~17]. 즉, 80”C 에서 얻은 MPL의 영향에 대한 결과(Figure 3)를 바탕으로 60°C 운전조건하에서 MPL의 영향을 살펴보았다. Figure 4는 공기극 MPL의 존재가 단위전지 성능에 미치는 영향을 알아 보기 위하여, 공기극에 0.
직접 코팅법으로 MEA를 제조하고 기체 확산층, 촉매량, 전 해질막, 및 메탄올 농도 등의 운전변수가 연료전지 성능에 미 치는 영향을 살펴보았다. 물질 전달 향상을 위한 GDL의 조합 은 연료극은 MPL이 없는 것이 유리하였고, 공기극은 0.
직접 코팅법으로 MEA를 제조하고 기체 확산층, 촉매량, 전 해질막, 및 메탄올 농도 등의 운전변수가 연료전지 성능에 미 치는 영향을 살펴보았다. 물질 전달 향상을 위한 GDL의 조합 은 연료극은 MPL이 없는 것이 유리하였고, 공기극은 0.
대상 데이터
MEA를 제조하기 위해서 촉매와 이오노머(Nafion® solution) 가 혼합된 잉크를 제조하였다. 연료극 촉매로는 Pt-Ru black (Johnson Matthey Co.
MEA를 제조하기 위해서 촉매와 이오노머(Nafion® solution) 가 혼합된 잉크를 제조하였다. 연료극 촉매로는 Pt-Ru black (Johnson Matthey Co.
다공성박막(MPL, micro porous layer)은 카본 블랙 (carbon black, Vulcan XC-72R, Cabot)과 테프론 용액(Teflon emulsion, Du Pont) 의 혼합액을 탄소종이 (carbon paper, Toray TGPH 060)위에 도포하여 제조하였고, 이때 테프론 함량은 MPL 담지량의 20%이다. 연료극에는 MPL을 도포하지 않은 탄소종이를 사용하였다[9~10].
촉 매량은 백금량 기준으로 양쪽 전극 총 4 mg/cm2를 사용하였 다. 삼상계면의 확보를 위하여 Nafion® 이오노머의 함량은 촉 매량을 기준으로 연료극과 공기극 각각 10%를 사용하였다.
MEA를 제조하기 위해서 촉매와 이오노머(Nafion® solution) 가 혼합된 잉크를 제조하였다. 연료극 촉매로는 Pt-Ru black (Johnson Matthey Co.) 을, 공기극 촉매로는 Pt black (Johnson Matthey Co.)을, 그리고 촉매층 접착제로서 5 % Nafion®(Du Pont) 용액을 사용하였다. 촉매 잉크의 분산용매 로서 물과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 사용 하였고, 상온에서 촉매에 IPA를 혼합할 경우 급격한 산화로 인해 촉매가 연소하기 때문에 이를 방지하기 위하여 먼저 물 과 촉매를 혼합하여 초음파 처리한 후 IPA와 혼합하였다.
MEA를 제조하기 위해서 촉매와 이오노머(Nafion® solution) 가 혼합된 잉크를 제조하였다. 연료극 촉매로는 Pt-Ru black (Johnson Matthey Co.) 을, 공기극 촉매로는 Pt black (Johnson Matthey Co.)을, 그리고 촉매층 접착제로서 5 % Nafion®(Du Pont) 용액을 사용하였다. 촉매 잉크의 분산용매 로서 물과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 사용 하였고, 상온에서 촉매에 IPA를 혼합할 경우 급격한 산화로 인해 촉매가 연소하기 때문에 이를 방지하기 위하여 먼저 물 과 촉매를 혼합하여 초음파 처리한 후 IPA와 혼합하였다.
다공성박막(MPL, micro porous layer)은 카본 블랙 (carbon black, Vulcan XC-72R, Cabot)과 테프론 용액(Teflon emulsion, Du Pont) 의 혼합액을 탄소종이 (carbon paper, Toray TGPH 060)위에 도포하여 제조하였고, 이때 테프론 함량은 MPL 담지량의 20%이다. 연료극에는 MPL을 도포하지 않은 탄소종이를 사용하였다[9~10]. 탄소종이위에 MPL이 도포된 기체 확산층은 추가적인 가열압착을 하지 않고 단위전지 체결 시 함께 조립하였다.
다공성박막(MPL, micro porous layer)은 카본 블랙 (carbon black, Vulcan XC-72R, Cabot)과 테프론 용액(Teflon emulsion, Du Pont) 의 혼합액을 탄소종이 (carbon paper, Toray TGPH 060)위에 도포하여 제조하였고, 이때 테프론 함량은 MPL 담지량의 20%이다. 연료극에는 MPL을 도포하지 않은 탄소종이를 사용하였다[9~10]. 탄소종이위에 MPL이 도포된 기체 확산층은 추가적인 가열압착을 하지 않고 단위전지 체결 시 함께 조립하였다.
)을, 그리고 촉매층 접착제로서 5 % Nafion®(Du Pont) 용액을 사용하였다. 촉매 잉크의 분산용매 로서 물과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 사용 하였고, 상온에서 촉매에 IPA를 혼합할 경우 급격한 산화로 인해 촉매가 연소하기 때문에 이를 방지하기 위하여 먼저 물 과 촉매를 혼합하여 초음파 처리한 후 IPA와 혼합하였다. 촉 매량은 백금량 기준으로 양쪽 전극 총 4 mg/cm2를 사용하였 다.
이론/모형
즉, CCM은 CCS에 비해 촉매 사용 효율이 높고, 막-전극 접촉저항이 작아서 보다 높은 전지 성능을 나타내게 된다. 따라서 이후의 모든 실험은 CCM 방법으로 제작된 MEA를 사용하여 진행되었다.
전류인가와 전압을 측정하기 위한 실험 장치는 Smartn (Won-Atech, WPCI, KOREA)를 이용하여 단위전지 운전의 분극곡선을 측정하였다. 전해질 저항과 전하 전달 저항을 측정하 기 위하여 임피던스 분석을 하였다.
성능/효과
0 mg/cm2)을 사용하였다. Ohmic 손실 구간까 지는 두 전지의 성능이 비슷하지만 물질전달 손실 구간 즉, 고 전류 영역에서는 공기극에 MPL을 형성시킨 단위전지의 성능 이 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 적절한 기공을 가지고 있는 MPL을 공기극에 도입함으로써 DMFC의 저온 성능을 일정부분 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
0 mg/cm2)을 사용하였다. Ohmic 손실 구간까 지는 두 전지의 성능이 비슷하지만 물질전달 손실 구간 즉, 고 전류 영역에서는 공기극에 MPL을 형성시킨 단위전지의 성능 이 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 적절한 기공을 가지고 있는 MPL을 공기극에 도입함으로써 DMFC의 저온 성능을 일정부분 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
따라서 연료극 과 공기극의 촉매량 비율은 적절하게 조절되어야 한다. 고분 자 전해질막의 두께에 따른 성능은 메탄올의 크로스오버와 전 해질막의 저항에 의해 결정되었으며, 연료극에 공급되는 메탄 올 수용액 농도에 따라 차이를 보였다. 가장 우수한 성능은 101 mW/cm2 이며 이때의 MEA의 제조조건은 1) Nafion® 115 를 고분자 전해질막으로 사용하고, 2) 총 촉매 사용량 4 mg/cm2 기준으로 연료극에는 Pt-Ru 촉매 3.
따라서 연료극 과 공기극의 촉매량 비율은 적절하게 조절되어야 한다. 고분 자 전해질막의 두께에 따른 성능은 메탄올의 크로스오버와 전 해질막의 저항에 의해 결정되었으며, 연료극에 공급되는 메탄 올 수용액 농도에 따라 차이를 보였다. 가장 우수한 성능은 101 mW/cm2 이며 이때의 MEA의 제조조건은 1) Nafion® 115 를 고분자 전해질막으로 사용하고, 2) 총 촉매 사용량 4 mg/cm2 기준으로 연료극에는 Pt-Ru 촉매 3.
얇은 고분자 전해질막은 메탄올 크로스오버가 크기 때문에 더 많은 메탄올이 공기극으로 넘어가 혼합전위를 발생시킨다. 그 결과 로 개회로 전압(open circuit voltage)은 Nafion® 112일 경우 0.58 V, Nafion® 115는 0.61 V로 Nafion® 115를 사용한 단위전지 개회로 전압이 더 높게 나타났다.
얇은 고분자 전해질막은 메탄올 크로스오버가 크기 때문에 더 많은 메탄올이 공기극으로 넘어가 혼합전위를 발생시킨다. 그 결과 로 개회로 전압(open circuit voltage)은 Nafion® 112일 경우 0.58 V, Nafion® 115는 0.61 V로 Nafion® 115를 사용한 단위전지 개회로 전압이 더 높게 나타났다.
양쪽 모두 MPL이 있는 경우의 최고성능은 88 mW/cm2로 공기극에 소수성이 첨가된 MPL의 영향으로 연료 극에만 MPL이 있는 경우보다 13 mW/cm2 더 향상된 성능을 보이고, 연료극의 MPL의 영향으로 공기극에만 MPL이 있는 경우보다 59 mW/cm2 성능 저하가 나타남을 알 수 있었다. 따라서 연료극에는 MPL이 없고 공기극에는 MPL이 있는 MEA가 유리함을 알 수 있었다. 연료로 수소를 사용하는 고분자 연료전지와는 달리 메탄올 수용액을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지의 경우 연료극에 소수성이 첨가된 MPL은 메탄올의 공급과 생성된 CO》의 제거가 원활하게 진행되지 않 아 오히려 성능 저하의 요인이 된다[9~11].
Ohmic 손실 구간까 지는 두 전지의 성능이 비슷하지만 물질전달 손실 구간 즉, 고 전류 영역에서는 공기극에 MPL을 형성시킨 단위전지의 성능 이 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 적절한 기공을 가지고 있는 MPL을 공기극에 도입함으로써 DMFC의 저온 성능을 일정부분 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
Ohmic 손실 구간까 지는 두 전지의 성능이 비슷하지만 물질전달 손실 구간 즉, 고 전류 영역에서는 공기극에 MPL을 형성시킨 단위전지의 성능 이 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 적절한 기공을 가지고 있는 MPL을 공기극에 도입함으로써 DMFC의 저온 성능을 일정부분 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
직접 코팅법으로 MEA를 제조하고 기체 확산층, 촉매량, 전 해질막, 및 메탄올 농도 등의 운전변수가 연료전지 성능에 미 치는 영향을 살펴보았다. 물질 전달 향상을 위한 GDL의 조합 은 연료극은 MPL이 없는 것이 유리하였고, 공기극은 0.6 mg/cm2 MPL을 도포한 것이 유리하였다. 백금의 총 사용량을 4.
직접 코팅법으로 MEA를 제조하고 기체 확산층, 촉매량, 전 해질막, 및 메탄올 농도 등의 운전변수가 연료전지 성능에 미 치는 영향을 살펴보았다. 물질 전달 향상을 위한 GDL의 조합 은 연료극은 MPL이 없는 것이 유리하였고, 공기극은 0.6 mg/cm2 MPL을 도포한 것이 유리하였다. 백금의 총 사용량을 4.
6 mg/cm2 MPL을 도포한 것이 유리하였다. 백금의 총 사용량을 4.0 mg/cm2으로 고정하였을 때, 연료극과 공기극의 촉매 비 율은 연료극에 Pt-Ru 3.3 mg/cm2, 공기극에 Pt 2.0 mg/cm2 인 MEA의 성능이 가장 우수하였다. 즉, 반응속도가 느린 연 료극 쪽의 촉매량이 큰 것이 유리하였으나, 공기극 촉매량이 너무 낮으면 성능이 감소하는 경향을 보였다.
6 mg/cm2 MPL을 도포한 것이 유리하였다. 백금의 총 사용량을 4.0 mg/cm2으로 고정하였을 때, 연료극과 공기극의 촉매 비 율은 연료극에 Pt-Ru 3.3 mg/cm2, 공기극에 Pt 2.0 mg/cm2 인 MEA의 성능이 가장 우수하였다. 즉, 반응속도가 느린 연 료극 쪽의 촉매량이 큰 것이 유리하였으나, 공기극 촉매량이 너무 낮으면 성능이 감소하는 경향을 보였다.
실험결과를 보면 연료극에만 MPL이 있는 경우의 최고 성능은 75 mW/cm2 으로 양쪽 전극 모두 MPL이 없는 경우의 최고 성능 104 mW/cm2 보다 29 mW/cm2 만큼 낮았다. 또한 공기극에만 MPL이 있는 경우 최고 성능은 147 mW/cm2로 양쪽 모두 MPL이 없는 경우보다 최고 성능이 43 mW/cm2 증가하였다.
또한 공기극에만 MPL이 있는 경우 최고 성능은 147 mW/cm2로 양쪽 모두 MPL이 없는 경우보다 최고 성능이 43 mW/cm2 증가하였다. 양쪽 모두 MPL이 있는 경우의 최고성능은 88 mW/cm2로 공기극에 소수성이 첨가된 MPL의 영향으로 연료 극에만 MPL이 있는 경우보다 13 mW/cm2 더 향상된 성능을 보이고, 연료극의 MPL의 영향으로 공기극에만 MPL이 있는 경우보다 59 mW/cm2 성능 저하가 나타남을 알 수 있었다. 따라서 연료극에는 MPL이 없고 공기극에는 MPL이 있는 MEA가 유리함을 알 수 있었다.
또한 공기극에만 MPL이 있는 경우 최고 성능은 147 mW/cm2로 양쪽 모두 MPL이 없는 경우보다 최고 성능이 43 mW/cm2 증가하였다. 양쪽 모두 MPL이 있는 경우의 최고성능은 88 mW/cm2로 공기극에 소수성이 첨가된 MPL의 영향으로 연료 극에만 MPL이 있는 경우보다 13 mW/cm2 더 향상된 성능을 보이고, 연료극의 MPL의 영향으로 공기극에만 MPL이 있는 경우보다 59 mW/cm2 성능 저하가 나타남을 알 수 있었다. 따라서 연료극에는 MPL이 없고 공기극에는 MPL이 있는 MEA가 유리함을 알 수 있었다.
(Table 1). 연료극의 Pt-Ru 촉매의 비율 을 증가시키면 성능이 증가하며, 전지의 최고성능은 연료극에 Pt-Ru 촉매 3.3 mg/cm2(Pt 기준 2.0 mg/cm2 ), 공기극에 Pt 촉매 2.0 mg/cm2 일 때 나타났다. 연료극 3.
(Table 1). 연료극의 Pt-Ru 촉매의 비율 을 증가시키면 성능이 증가하며, 전지의 최고성능은 연료극에 Pt-Ru 촉매 3.3 mg/cm2(Pt 기준 2.0 mg/cm2 ), 공기극에 Pt 촉매 2.0 mg/cm2 일 때 나타났다. 연료극 3.
9 mg/cm2인 경우에는 성능이 더 이상 증가하지 않고 오 히려 줄어들었다. 전체적으로 보면 공기극보다는 연료극의 백금량이 증가할 때 성능이 증가하였으나, 공기극 촉매량이 과 도하게 감소하면 연료극의 촉매량이 충분하여도 성능이 감소 하는 것으로 보인다.
9 mg/cm2인 경우에는 성능이 더 이상 증가하지 않고 오 히려 줄어들었다. 전체적으로 보면 공기극보다는 연료극의 백금량이 증가할 때 성능이 증가하였으나, 공기극 촉매량이 과 도하게 감소하면 연료극의 촉매량이 충분하여도 성능이 감소 하는 것으로 보인다.
0 mg/cm2 인 MEA의 성능이 가장 우수하였다. 즉, 반응속도가 느린 연 료극 쪽의 촉매량이 큰 것이 유리하였으나, 공기극 촉매량이 너무 낮으면 성능이 감소하는 경향을 보였다. 따라서 연료극 과 공기극의 촉매량 비율은 적절하게 조절되어야 한다.
0 mg/cm2 인 MEA의 성능이 가장 우수하였다. 즉, 반응속도가 느린 연 료극 쪽의 촉매량이 큰 것이 유리하였으나, 공기극 촉매량이 너무 낮으면 성능이 감소하는 경향을 보였다. 따라서 연료극 과 공기극의 촉매량 비율은 적절하게 조절되어야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.