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제안 방법
- 일반적인 열풍건조에서는 전극내에 이오노머에 열화에 따른 MEA의 성능 저하가 발생하지 않는 조건에서는 전극의 기공 사이에 있는 잔류 용매의 제거가 어렵다. 본 연구에서는 기존의 열풍건조 공정을 개선한 VD(Vacuum Drying) 공정을 통하여, 전극내 이오노머의 열화 및 MEA의 성능저하를 발생시키지 않으면서 잔류용매를 제거하고, 이를 통하여 MEA의 활성화 공정 향상 효과를 가질 수 있게 하였다.
- 본 연구에서는 연료전지 전극의 잔류 용매 제거를 위한 최적의 건조 공정 조건을 찾기 위해 실험하였으며, 열풍건조 및 진공건조를 적용하여 연료전지를 제조하여 활성화 공정효율 및 성능 변화를 관찰하였다.
대상 데이터
- MEA 평가를 위한 전극은 위의 용매들을 사용하여 촉매슬러리의 고형분 10%로 실험하였다. 촉매슬러리의 도포 기재로는 PEN(Polyethylene naphthalate)를 사용하였으며, 전극 슬러리는 80°C 건조 존을 통해서 도포 후 사용하였다.
- 본 연구에서는 연료전지 전극 슬러리 제조 시 사용되는 용매들을, 용매의 화학구조에 따라 3종류(1-Propanol, 1-Butanol, 1-Pentanol)로 분류하여 전극 슬러리을 제조한 후 건조 조건에 따른 잔류 용매량을 TGA 자료로 확인 할 수 있었다.
- 촉매 슬러리는 용매별로 건조조건을 확인하기 위해 탄소에 담지된 백금촉매에 아이노머 및 용매를 첨가하여 제조하였으며, 촉매슬러리의 고형분은 5%로 실험하였다. 슬러리 용매로는 1-Propanol, 1-Butanol, 1-Pentanol과 H2O를 사용하였다. 열풍건조온도는 100, 130, 160°C이며 건조시간은 1, 2, 3, 4시간 건조하였다.
- 연료전지에 적용되는 전극은, 연료전지 자동차의 엔진 역할을 하는 MEA가 실제 전기화학 반응을 하는 작동부이며, 향후 그 중요성이 더욱 부각되는 부품이다. 이러한 부품을 양산하는 것에 있어 공정 효율성을 높이는 것 또한 중요한 일이다.
- MEA 평가를 위한 전극은 위의 용매들을 사용하여 촉매슬러리의 고형분 10%로 실험하였다. 촉매슬러리의 도포 기재로는 PEN(Polyethylene naphthalate)를 사용하였으며, 전극 슬러리는 80°C 건조 존을 통해서 도포 후 사용하였다. 열풍건조온도는 100, 160°C이며 진공건조 온도는 100°C에서 진공도는 2×10⁻2 torr에서 2시간 건조 하였다.
데이터처리
- 전극의 진공건조 조건에 따라 성능 평가를 실시하였다. 공급 가스는 anode/cathode를 수소/공기를 사용하였고 상대 습도는 anode/cathode 각각 100%에서 평가하였다. 반응 가스들의 화학 양론비는 anode 1.
- 전극의 진공건조 조건에 따라 성능 평가를 실시하였다. 공급 가스는 anode/cathode를 수소/공기를 사용하였고 상대 습도는 anode/cathode 각각 100%에서 평가하였다.
이론/모형
- 기공도 분석은 Quantachrome사 Poremaster 33GT 모델에 수은압입법을 이용하여 측정하였다.
- 입도 분석은 Microtrac사 S3500 모델을 이용해서 입자 크기 및 분포 정도를 측정하였다.
- 0으로 고정하였다. 진공건조조건에 따른 잔류용매량 측정은 NETZSCH사 TG209F3 모델 TGA(thermogravimetric analysis)를 통해 잔류용매량을 측정하였다. 측정 조건은 헬륨(He) 분위기에서 10°C/min의 승온 속도로 측정하였다.
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