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저자정보
이은한 (한국에너지기술연구원) 김태우 (한국에너지기술연구원) 변세기 (한국에너지기술연구원) 서두원 (한국에너지기술연구원) 황효정 (한국에너지기술연구원) 김한성 (연세대학교) 이신근 (한국에너지기술연구원)
저널정보
한국청정기술학회 청정기술 청정기술 제28권 제1호
발행연도
2022.3
수록면
54 - 62 (9page)

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본 연구는 팔라듐계 복합막을 사용하여 메탄올개질을 통한 on-site 제조 수소를 air independent propulsion (AIP)용 잠수함 운용에 활용하기 위한 수소 정제에 관한 것이다. 잠수함용 연료전지는 저온형 고분자전해질연료전지(low-temperature proton exchange membrane fuel cell, LT-PEMFC) 이며, 잠수함 운용 특성상 99.999% 고순도 수소가 필요하기 때문에 팔라듐 복합막은 핀홀(pinhole)이 없는 치밀막이 필수요구사항이다. 메탄올 개질가스 정제에 사용한 분리막은 blowing coating method (BCM) 법으로 yttrium stabilized zirconia (YSZ) 확산방지층을 코팅한 길이 450 mm, 직경 12.7 mm인 (표면적 175 cm²) 인코넬 600 지지체에 무전해도금법으로 팔라듐을 코팅하여 제조하였다. 제조된 팔라듐계 복합막을 사용하여 수소농도가 ~ 67%인 메탄올개질 혼합가스를 공급하면서 운전온도 400 ℃, 잠수함 사용에 적합하도록 LT-PEMFC에 수소를 공급하기 위한 수소투과측 압력 2.5 bar, 그리고 분리막측 공급압력 25 bar에서 수소정제실험을 진행하였다. 메탄올개질 혼합가스 정제실험 결과 분리막 1개당 0.53 Nm³ h<SUP>-1</SUP>까지 메탄올 개질가스 정제가 가능하였는데 수소농도는 99.999% 이상 정제가 가능하였고, 이때 수소 회수율은 80.1%에 달하였다. 이는 분리막 1개 당 메탄올 개질 가스로부터 99.999% 이상 수소를 생산할 수 있는 용량이 0.29 Nm³ h<SUP>-1</SUP>임을 의미한다. 고압실험 후 분리막은 모듈에서 해체하여 표면상태, 두께 등을 분석하였는데 고압운전에도 분리막 손상은 없었고, 두께는 11-12 μm임을 확인하였다. 측정한 두께로 도금효율이 약 92%에 달하는 수치임을 확인하였다. 개발한 팔라듐계 복합막을 이용한 수소정제실험 및 분리막 분석을 통하여 고압운전이 필요한 AIP용 잠수함 운용에 필요한 연료공급장치에 수소정제기로 활용 가능함을 알 수 있었다.
#메탄올 개질 #수소정제 #팔라듐 분리막 #잠수함 #저온형 고분자전해질연료전지 #Methanol reforming #Hydrogen purification #Pd membrane #Submarines #LT-PEMFC

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 실험방법
3. 결과 및 고찰
4. 결론
References

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