에너지 변화효율, 환경보전성, 건설조건등에 우수한 특성을 갖고 있는 연료전지는 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시킬 수 있는 고효율 발전장치로서 선진국에서는 직접 전기에너지로 전환시킬 수 있는 고효율 발전장치로서 선진국에서는 이 연료전지를 이용할 소형 및 대형발전소, 군용, 전기자동차 등의 에너지원으로 현재 실용화를 위해 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지중 작동온도가 낮고 순수연료가 아닌 천연가스나 납사등의 개질기체가 이용되는 장점이 있어 가장 빨리 실용화 되고 있는 제 1세대 인산형 연료전지의 국산화에 필요한 기초
에너지 변화효율, 환경보전성, 건설조건등에 우수한 특성을 갖고 있는 연료전지는 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시킬 수 있는 고효율 발전장치로서 선진국에서는 직접 전기에너지로 전환시킬 수 있는 고효율 발전장치로서 선진국에서는 이 연료전지를 이용할 소형 및 대형발전소, 군용, 전기자동차 등의 에너지원으로 현재 실용화를 위해 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지중 작동온도가 낮고 순수연료가 아닌 천연가스나 납사등의 개질기체가 이용되는 장점이 있어 가장 빨리 실용화 되고 있는 제 1세대 인산형 연료전지의 국산화에 필요한 기초적 기술축적을 위하여 다음 세 과제로 분류하여 연구를 진행하였다. 1. 연료전지용 전국개발의 기초적 연구 인상형 연료전지는 인산전해질의 농도와 온도가 전극성능에 큰 영향을 주므로 cyclic voltammetry로 최적농도와 온도를 검토한 결과 인산농도는 100%가, 작동온도는 190%가 좋았다. 또한 전극면에서 반응이 일어날 3상계면(인산전해질-촉매-반응기체)이 잘 발달된 박막의 다공성전극을 carbon black, carbon fiber 및 테프론(PTFE)을 사용하여 제작하였으며 이에 따른 각 성분들의 최적조건을 전류밀도, Tafel slop, open circuit voltage 및 AC impedance법을 이용하여 전기화학적 이론을 토대로 고찰하였다. 이때 제작된 기체확산층은 0.2mm의 두께를 가지며 촉매층은 0.1mm 두께로 전체 다공성전극의 두께는 0.3mm였다. 이 다공성 전극중의 기체확산층은 균일한 다공성이 필요하며 이 균일한 다공성을 주기 위하여 carbon black량에 대해 6배의 ammonium bocarbonate를 첨가하여 발포시킨 결과 매우 좋은 결과를 얻었으며 기체확산층의 다공율은 60∼65%였다. 다공성전극중 각각의 기체확산층과 촉매층에는 carbon black이 사용되는 데 이 Carbon black으 binder로 PTEF가 사용된다. 이때 기체확산층 쪽의 poly tetra fluoro ethylene (PTFE, 테프론)양은 carbon black양에 대해 40wt%가 가장 좋았으며 촉매층 쪽은 30wt%가 최적이었다. 본 방법에 의해 제조된 다공성전극중 촉매층의 백금촉매의 담지량변화에 따른 전류밀도의 영향을 검토한 결과 0.5㎖ Pt/㎠(전극표면적)인때 0.7V에서 240㎃/㎠의 좋은 전류밀도를 얻었다. 백금촉매의 분산효과를 증대시켜 더 양호한 촉매층전극을 얻기 위하여 비이온성 계면활성제등의 첨가에 의한 영향을 검토한 결과 매우 좋은 분산효과를 얻었으며 양질의 촉매층전극을 얻는 기초적 데이터를 확립하였다. 한편 고가인 백금촉매량을 감소시키면서 조촉매의 영향을 검토하였으며 이때 사용한 조촉매로는 코발트, 크롬, 바나듐을 선택하였다. 이원혼합촉매에서는 Pt-CoO 혼합촉매가 매우 우수하였으며 다원혼합촉매로는 Pt-Cr?O?-Vo?-CoO의 사원혼합촉매가 매우 우수한 촉매역할을 함을 확인할 수 있었다.
Abstract▼
The fuel cell is said to a high-efficiency generating equipment which is able to transform the chemical energy of fuels dlrectly to the electric energy and also has the excellent specificiby in conversion efficiency of energy, environmental mainte nance, construction condition etc. In developed
The fuel cell is said to a high-efficiency generating equipment which is able to transform the chemical energy of fuels dlrectly to the electric energy and also has the excellent specificiby in conversion efficiency of energy, environmental mainte nance, construction condition etc. In developed nations, vigorous researches in fuel aell are, proceeding markedly as energy sources for the practicality of small and large sized power plant, military uses, and electrical vehicle. The practical use of the first generation phosphoric acid fuel cell is advanced rapidly with the merits of low-operating temperature and using the reforming gas such as natural gas, Naptha instead of pure hydrogen. Following three subjection had been studied for the fundamental technology accumulation required for localization of the first generation phosphoric acid fuel cell. 1. Fundamental studies on electrode development for fuel cell (Subproject l) In phosphoric acid fuel cell, the concentration and temperature of phosphoric acid electrolyte effect on electrode performance. The result investigated with the cyclic voltammetry, the optimum condition of operating temperature and concentration were 100% phosphoric acid and 190 C, respectively. The porous thin film electrode well developed the three phase interface (phosphoric acid electrolyte-catalyst-reaction gas) where the reaction be occured in electrode surface was made use of carbon black, carbon fiber and Teflon (PTFE) with the basic electrochemical theory and with the current density. Tafel slope, open circuit voltage and AC impedance method, the optimum condition of each components was investigated. The gas diffusion layer had the thickness of 0.2mm and catalytic layer the O.lmm also the total porous electrode the 0.3mm. As the gas diffusion layer in porous electrode demand a uniform porosity. Six times of ammonium bicarbonate was added corresponding the amount of carbon black. Superior result was obtained and also the porosity of this electrode was 60-65%. Gas diffusion layer and catalytic layer in porous electrode is possessed of carbon black and PTFE was used for binder of it. At the side of gas diffusion layer, 35-40wt% of PTFE corresponding the amount of carbon black showed good property and at the catalytic layer the 30wt%. With the porous electrode produced by this method. The effect on current density according to the variable amount of pt in catalytic layer was studied and the 240mA/cm? of good current density was obtained at 0.7V, 0.5mgPt/cm? (surface area of electrode). For obtaining the best catalytic layer electrode with the increasing the dispersion effect of Pt catalyst, the addition influence of nonionic surfactants was studied. It showed good dispersion effect and fundamental data for catalytic layer electrode was confirmed. With the decrease of expenaive Pt amount, the effect on co-catalyst was studied. Cr, Co, V was chosen for co-catalyst. At deal mixed catalyst Pt-CoO mixed catalyst showed better. At polymixed catalyst, with the Pt-Cr?O?-VO?-CaO of four element mixed catalyst, the excellency of catalytic ability was confirmed.
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