지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신동욱
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
직접탄소연료전지(DCFC)는 탄소의 전기화학적 반응을 이용해 전력을 생산해내는 새로운 개념의 연료전지이다. DCFC는 기존 연료전지와 비교하여 높은 에너지변환 효율을 갖고 있으며, 수소를 사용하는 연료전지와 달리 고체연료인 탄소를 사용함으로써 연료의 보관, 이동상의 용이함이 있다. 뿐만 아니라, 기존 화석연료 연소기술을 이용한 발전에 비하여 이산화탄소(CO2)의 발생량이 아주 적기 때문에 친환경적 측면에서 큰 장점을 갖고 있기 때문에 탄소 전환방법의 한 가지 대안으로 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 혼련, 압출을 통해 제작하는 고체산화물연료전지(SOFC) 관형 연료극 지지체를 기반으로 하여 외경 10mm, 두께 1mm의 관형 지지체를 구성하였고, 딥 코팅법을 통해 약20∼30㎛두께의 다공성 전극을 구성하였으며, 진공 슬러리 코팅법을 이용하여 약 5-8㎛두께의 치밀한 전해질 층을 형성하였다. 이를 바탕으로 제작된 관형 DCFC 단위전지에 카본블랙을 연료로 이용하여 운전하였다. 또한 연료의 유동성을 증대시키기 위해 용융탄산염을 혼합하였는데, 이들을 각각 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10의 중량 비율로 혼합하여 용융탄산염의 양이 셀 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 탄소와 용융탄산염을 5:5의 비율로 혼합하였을 때, 900°C에서 단위면적(cm2) 당 약 120mW의 전류밀도를 나타내었다.
셀 성능은 DCFC의 전기화학 반응에 따라 영향을 받는다. DCFC의 전극에 영향을 미치는 인자들을 조절하는 것은 전력밀도를 증가시키는 방법이 될 수 있다. 이를 확인하기 위해서 각 전극의 내 외부 분위기 제어 gas의 유량을 변수로 선택하였다. 그 결과, 본 연구를 위해 제작된 단위전지 내에서는, 연료극 불활성기체는 60sccm, 공기극에 불어주는 Air는 1slm의 양이 가장 적절하다는 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서 제작된 관형 DCFC의 반응 경로는 여러 가지가 있으나, CO2가 고온에서 산소 전자를 내면서 CO가 되고, 전자를 형성해내는 역 부도아 반응이 주 반응이 될 것으로 예상하였다. 따라서 gas의 이동경로 역할을 하는 기공의 크기에 대하여 변화되는 전력밀도를 측정하였다. 이를 위해서 2, 5, 10, 12㎛크기의 PMMA 기공형성제를 혼합한 연료극 지지체를 제작하였으며, 그 결과, 2,5,10㎛의 기공형성제를 혼합하여 제작된 셀은 900°C에서 단위면적(cm2) 당 약 8, 89, 121mW의 전류밀도와 12㎛의 기공형성제로 혼합하여 제작된 셀에서 850°C에서 단위면적(cm2) 당 254mW의 전류밀도를 나타내는 것을 확인하였다. 또한 역 부도아 반응이 좀 더 활발하게 일어나도록 연료극 내부에 불활성 gas(Ar)와 함께 CO2를 흘려주었다. 그 결과, 75sccm의 CO2를 흘려주었을 때, 900°C에서 단위면적(cm2) 당 226mW의 성능을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.
이들 실험을 바탕으로 제작된 관형 DCFC 단위전지의 열 사이클 및 장기운전특성을 확인하였는데, 그 결과, 650°C∼800°C의 운전구간에서 약 5회 열 사이클 운전이 가능하였고, 800°C의 장기 운전조건에서는 약 40시간 운전시간을 보였다.
본 연구에서는 혼련, 압출을 통해 제작하는 고체산화물연료전지(SOFC) 관형 연료극 지지체를 기반으로 하여 외경 10mm, 두께 1mm의 관형 지지체를 구성하였고, 딥 코팅법을 통해 약20∼30㎛두께의 다공성 전극을 구성하였으며, 진공 슬러리 코팅법을 이용하여 약 5-8㎛두께의 치밀한 전해질 층을 형성하였다. 이를 바탕으로 제작된 관형 DCFC 단위전지에 카본블랙을 연료로 이용하여 운전하였다. 또한 연료의 유동성을 증대시키기 위해 용융탄산염을 혼합하였는데, 이들을 각각 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10의 중량 비율로 혼합하여 용융탄산염의 양이 셀 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 탄소와 용융탄산염을 5:5의 비율로 혼합하였을 때, 900°C에서 단위면적(cm2) 당 약 120mW의 전류밀도를 나타내었다.
셀 성능은 DCFC의 전기화학 반응에 따라 영향을 받는다. DCFC의 전극에 영향을 미치는 인자들을 조절하는 것은 전력밀도를 증가시키는 방법이 될 수 있다. 이를 확인하기 위해서 각 전극의 내 외부 분위기 제어 gas의 유량을 변수로 선택하였다. 그 결과, 본 연구를 위해 제작된 단위전지 내에서는, 연료극 불활성기체는 60sccm, 공기극에 불어주는 Air는 1slm의 양이 가장 적절하다는 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서 제작된 관형 DCFC의 반응 경로는 여러 가지가 있으나, CO2가 고온에서 산소 전자를 내면서 CO가 되고, 전자를 형성해내는 역 부도아 반응이 주 반응이 될 것으로 예상하였다. 따라서 gas의 이동경로 역할을 하는 기공의 크기에 대하여 변화되는 전력밀도를 측정하였다. 이를 위해서 2, 5, 10, 12㎛크기의 PMMA 기공형성제를 혼합한 연료극 지지체를 제작하였으며, 그 결과, 2,5,10㎛의 기공형성제를 혼합하여 제작된 셀은 900°C에서 단위면적(cm2) 당 약 8, 89, 121mW의 전류밀도와 12㎛의 기공형성제로 혼합하여 제작된 셀에서 850°C에서 단위면적(cm2) 당 254mW의 전류밀도를 나타내는 것을 확인하였다. 또한 역 부도아 반응이 좀 더 활발하게 일어나도록 연료극 내부에 불활성 gas(Ar)와 함께 CO2를 흘려주었다. 그 결과, 75sccm의 CO2를 흘려주었을 때, 900°C에서 단위면적(cm2) 당 226mW의 성능을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.
이들 실험을 바탕으로 제작된 관형 DCFC 단위전지의 열 사이클 및 장기운전특성을 확인하였는데, 그 결과, 650°C∼800°C의 운전구간에서 약 5회 열 사이클 운전이 가능하였고, 800°C의 장기 운전조건에서는 약 40시간 운전시간을 보였다.
목차
국문요지 iii제 1 장 서론제 1 절 연구배경 1제 2 절 연구범위 4제 2 장 이론적 배경제 1 절 직접탄소연료전지의 작동원리 및 구성요소 61-1 직접탄소연료전지의 작동원리에 따른 분류 61-2 고체산화물연료전지의 전해질을 적용한 직접탄소연료전지의 특성 9제 3 장 실험 방법제 1 절 직접탄소연료전지 관형 단위전지 제작 111-1 연료극 지지체의 제작 111-2 성형체 건조 및 가소결 161-3 전극 코팅 및 열처리 181-4 지지체 환원 및 전류집전 221-5 단위전지 성능평가장치의 설계 25제 2 절 탄소연료의 제조 27제 3 절 기공형성제 크기조절에 따른 지지체의 제작 303-1 PMMA 기공형성제를 이용한 지지체의 제작 30제 4 장 결과 및 고찰제 1 절 연료에 따른 직접탄소연료전지의 성능 311-1 탄소와 용융탄산염의 혼합비율에 따른 성능 분석 31제 2 절 운전조건에 따른 직접탄소연료전지의 성능 372-1 Gas 유량에 따른 성능 분석 372-2 기공형성제의 입자 크기에 따른 성능 분석 412-3 연료극 CO2 삽입의 효과 49제 3 절 장기운전특성분석 543-1 열싸이클 운전 543-2 장기운전 56제 5 장 결 론 58참고문헌 60
최근 본 자료
댓글(0)
0