선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 상용 Al 합금을 알칼리에 용해하여 수소를 발생시키는 실험을 수행하여 Al 용해방법으로 생성된 수소를 수송용 PEMFC의 연료로 사용할 수 있는지 검토하였다.
제안 방법
- 2M NaOH 400ml가 채워진 반응기에 5cm×5cm Al 5052 3개를 용해시켜 발생한 수소를 튜브를 통해 anode에 가습 없이(반응열에 의해 자체 가습되었다고 볼 수 있음) 공급하였다.
- Al 용해반응에 의해 생성된 수소를 이용해 단위 전지 실험을 하였다. 5cm2의 상용 MEA, GDL, teflon gasket, bipolar plates와 end plates로 구성된 단위 전지는 100 토크로 체결 후 70℃로 운전했다.
- Al 5052를 45℃, 2M NaOH 용액에서 용해시켜 발생한 수소를 직접 anode에 유입한 경우와 증류 수층(scrubber)을 통과한 후 유입되게 한 두 경우를 비교하였다. 증류수층을 통과해 수소 중에 있을 Na 이온 등을 제거한 경우에는 99.
- Al 용해반응에 의해 생성된 수소를 이용해 단위 전지 실험을 하였다. 5cm2의 상용 MEA, GDL, teflon gasket, bipolar plates와 end plates로 구성된 단위 전지는 100 토크로 체결 후 70℃로 운전했다.
- 단열재에 의해 열전달을 최소화시킨 상태에서 실험하였다. 15분 만에 온도가 57℃로 급상승하였고 이 과정에서 온도가 52℃이상이 될 때 많은 기포와 거품에 의해 용액이 용해조 밖으로 넘치는 현상이 있었다.
- 단위전지 실험동안 막 저항 및 부하전달저항 (charge transfer resistance)의 변화를 impedance analyzer(Solatron, SI1260)로 측정하였고, 산화, 환원 peak에 의한 촉매활성을 비교하기 위해 cyclic voltammetry(Solatron, SI1287)를 측정하였다.
- 본 연구에 사용된 세 가지 Al 합금에 함유한 금속의 함량은 ICP(PerkinElmer, D-Time 3000DC) 로 분석하였고, Al 합금 3104를 2M NaOH 용액에서 용해시킨 후 나온 침전물은 여과·건조 하여 high power X-ray diffractometer(PANalytical B. V., D/Max-2500V/PC)로 분석했다.
- 생성된 수소를 Cell에 직접주입, 증류수층(scrubber) 을 통과하고 주입하여 Cell에 미치는 이온의 영향을 확인하였다.
- 500ml NaOH(98%, DAE JUNG)용액이 들어있는 반응기에 2cm×2cm의 Al 합금을 넣어 상온에서 용해시켰다. 이때 발생하는 수소는 가는 튜브를 통해 물이 가득 채워진 채 거꾸로 세워진 메스실린더에 포집해 그 양을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 Al 합금에 함유된 금속의 EMF를 Table 3에 나타냈다.
- 판형태의 상용 Al 합금 1050, 3104, 5052를 사용 하였다. 500ml NaOH(98%, DAE JUNG)용액이 들어있는 반응기에 2cm×2cm의 Al 합금을 넣어 상온에서 용해시켰다.
성능/효과
- Al 합금의 수소 발생 속도는 EMF가 높은 성분이 많이 함유된 합금 5052와 3104가 순도가 높은 1050보다 높았다. 온도가 상승할수록 농도 증가에 따른 수소 발생 속도가 증가했다.
- 6V에서 약 35% 전류감소가 있음을 보였다. OCV감소도 있고 이온이나 전자 전달 저항에 의해 전압강하가 나타나는 중간 영역에서 기울기가 증가해 막 이온 전달 저항이 증가했음을 보였다. 임피던스 측정한 결과 Fig.
- 공기 중의 CO2 농도가 너무 낮아서라고 생각되어 용해조에 CO2를 2～3분 흘려 넣어준 후 알루미늄을 용해해 침전물을 XRD 분석한 결과 Fig. 6에 나타낸 것처럼 KHCO3는 아니지만 카보네이트 화합물 K2CO3･H2O, KAl(CO3)2(OH)2의 결정들이 형성됨을 보였다.
- 99% 상업용 수소를 공급했을 때와 같은 성능을 보였다. 그러나 증류수 층을 통과하지 않은 수소를 10시간 유입한 후 성능을 측정한 결과 Fig. 7에 있는 것처럼 0.6V에서 약 35% 전류감소가 있음을 보였다. OCV감소도 있고 이온이나 전자 전달 저항에 의해 전압강하가 나타나는 중간 영역에서 기울기가 증가해 막 이온 전달 저항이 증가했음을 보였다.
- 본 실험에서 수소 발생 속도는 불순물이 많을수록 높아졌는데, 비슷한 예로 Al이 HCl 용액에서 99.998% Al에 비해 99.97, 99.2% Al은 각각 1,000배와 30,000배로 부식 속도가 증가함을 보였다8).
- 사용 후 MEA에서 전극을 분리하고 남은 막에서 Na+ 성분을 ICP로 분석한 결과 증류수층을 통과하지 않은 수소유입 막에서 Na+이온이 0.19ppm /cm2로 검출되었다. 수소이온보다 Nafion에 친화력이 좋은 Na+이온이 NaOH 용액 중에서 수소와 같이 미스트(mist)형태로 딸려 나와 Nafion막에 이온교환된 것이다.
- 수소이온보다 Nafion에 친화력이 좋은 Na+이온이 NaOH 용액 중에서 수소와 같이 미스트(mist)형태로 딸려 나와 Nafion막에 이온교환된 것이다. 알칼리에 Al을 용해 시켜 얻은 수소를 PEMFC 연료로 사용할 때는 수소 가스 중에 함유된 이온 등을 제거하면 됨을 보였다.
- 온도가 상승할수록 농도 증가에 따른 수소 발생 속도가 증가했다. 온도 상승에 따라 표면 반응 속도가 빨라져 물질전달이 잘되는 높은 농도에서 수소 발생 속도가 더욱 높아졌다.
- 온도가 상승할수록 농도 증가에 따른 수소 발생 속도가 증가했다. 온도 상승에 따라 표면 반응 속도가 빨라져 물질전달이 잘되는 높은 농도에서 수소 발생 속도가 더욱 높아졌다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.