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[국내논문] 직접에탄올 연료전지의 운전조건에 관한 연구
A Study on an Operating Conditions for the Direct Ethanol Fuel Cell 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.60 no.11, 2011년, pp.2076 - 2082  

김영춘 (경남대 전기공학과) ,  구본국 (경남대 전기공학과) ,  장문국 (경남대 전기공학과) ,  지학배 (경남대 전기공학과) ,  한상보 (경남대 전기공학과) ,  박재윤 (경남대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The goal of this paper is to find an operating conditions of the single direct ethanol fuel cell such as the cell temperature, and flow rates of ethanol and oxygen. To investigate the output characteristics, the electrical current increased from 0[A] with interval of 0.001[A] every 2[s], and the cel...

Keyword

#Direct ethanol fuel cell   #Hydrogen ion   #Operating conditions   #Temperature   #Voltage  

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문제 정의

  • 본 연구에서는 직접에탄올 연료전지의 출력특성을 조사하여 적절한 전지성능을 파악하기 위하여 다양한 동작 조건하에서 실험을 진행하고, 그 결과들을 비교 · 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DEFC의 장점은? 이에 연료 개질기나 수소저장 용기가 필요 없는 직접 액체연료전지(DLFC : Direct Liquid Fuel Cell)에 대한 연구가 직접 메탄올연료전지(DEFC : Direct Methanol Fuel Cell)를 중심으로 수십여 년 간 연구가 활발히 진행되어 왔다[2-6]. 메탄올은 가솔린과 비슷한 에너지 밀도를 가지고 있으며 쉽게 얻을 수 있는 저비용의 액체 연료이며, DEFC는 장치가 간단하고 무게가 가벼우며 연료 보충이 용이한 장점으로 인하여 수송용 및 소규모 전원 등에 매우 적합하다. 그러나 메탄올은 인체에 유해한 독성을 가지고 있으므로 휴대용으로 사용하기에는 어려움이 있으며, 개발 후에도 사용 규제의 강화 등 안전성에 있어서 문제점을 가지고 있다.
메탄올이란? 이에 연료 개질기나 수소저장 용기가 필요 없는 직접 액체연료전지(DLFC : Direct Liquid Fuel Cell)에 대한 연구가 직접 메탄올연료전지(DEFC : Direct Methanol Fuel Cell)를 중심으로 수십여 년 간 연구가 활발히 진행되어 왔다[2-6]. 메탄올은 가솔린과 비슷한 에너지 밀도를 가지고 있으며 쉽게 얻을 수 있는 저비용의 액체 연료이며, DEFC는 장치가 간단하고 무게가 가벼우며 연료 보충이 용이한 장점으로 인하여 수송용 및 소규모 전원 등에 매우 적합하다. 그러나 메탄올은 인체에 유해한 독성을 가지고 있으므로 휴대용으로 사용하기에는 어려움이 있으며, 개발 후에도 사용 규제의 강화 등 안전성에 있어서 문제점을 가지고 있다.
직접 에탄올 연료전지 시스템 운전 조건을 단위전지 온도, 에탄올 유량 및 산소 유량을 변화시키면서 연료전지의 출력특성에 미치는 영향을 조사한 결과는? 단위전지의 동작온도가 70[℃]에서 80[℃]로 증가됨에 따라서 동일한 전류밀도에서 출력전압 및 전력이 증가되었지만, 온도가 90[℃]로 증가됨에 따라서 오히려 출력전압 및 전력이 감소되고, 100[℃]에서는 더더욱 감소됨을 보였다. 따라서, DEFC 최적의 동작온도는 80[℃]로 도출되었다.  에탄올 유량을 증가시킴에 따라서 출력전압이 증가되지 않고 감소되는 경향을 보이는 것은 양극에서의 화학반응으로부터 수소이온 및 전자의 발생률이 에탄올 유량에 의존함을 보였으며, 에탄올 유량이 2[mL/min]인 경우가 최적인 것으로 판단되었다.  그리고, 산소유량을 증가시킴에 따라서 일정한 출력전압에서 전류밀도가 증가되는 것은 음극에서 멤브레인을 투과한 수소이온, 전자부하를 통과한 전자, 그리고 공급된 산소와의 화학반응에 의하여 물로 변환되는 속도가 증가되기 때문으로 판단하였다.  따라서, 본 연구를 통하여 DEFC 단위전지는 동작온도 80[℃], 에탄올 유량 2[mL/min], 산소 유량 300[sccm]이 최적의 운전조건으로 도출되었다.
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참고문헌 (11)

  1. J. Larminie, A. Dicks, "Fuel Cell Systems Explained", John Wiley & Sons, LTD, England, 2000 

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  3. F. Vigier, C. Coutanceau, F. Hahn, E.M. Belgsir, C. Lamy "On the mechanism of ethanol electrooxidation on Pt and PtSn catalysts: electrochemical and in situ IR reflectance spectroscopy studies", J. of Electoanalytical Chem., Vol. 563, No. 1, 81-89, 2004 

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  11. Q. Wang, G.Q. Sun, L. Cao, L.H. Jiang, G.X. Wang, S.L. Wang, S.H. Yang, Q. Xin, "High performance direct ethanol fuel cell with double-layered anode catalyst layer" J. of Power Sources, Vol. 177, No. 1, 142-147, 2008 

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