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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최헌진
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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용융 탄산염 연료전지 (이하 MCFC)는 600~650oC, 2~3 atm의 고온, 고압에서 운전되는 연료전지이다. 대부분의 연료전지들은 Pt와 같은 귀금속이 전극 물질로 사용되나 상대적으로 고온에서 운전되어 전극의 반응속도가 빠른 MCFC는 Ni가 전극 물질로 사용되고 있다. 또한 열 병합 발전을 포함한 MCFC는 약 65%의 높은 연료의 에너지 전환 효율을 보인다. 이러한 MCFC는 대면적화하여 발전용 연료전지로 이용되고 있다.
MCFC 스택은 경제성을 고려하여 40000시간의 운전시간 동안 150 mA/cm2에서 0.8V 이상의 성능이 확보되어야 한다. 이러한 MCFC의 상용화를 위해 스택 시스템의 개선과 구성요소의 장기 안정성이 향상 되어야 한다.
MCFC의 고압의 운전환경에서 스택의 면압이 고르지 못할 경우, 다공성 전해질 담지체이며 기계적 강도가 상대적으로 낮은 매트릭스에 crack이 발생한다. 매트릭스의 crack은 전극 gas의 cross-over를 유발하여 MCFC 성능 저하의 주요 요인으로 작용한다.
따라서 매트릭스의 기계적 강도를 시키고자 Al-foam이 매트릭스의 강화 소재로 이용되었다. 그러나 Al-foam 강화 매트릭스의 단위전지 운전 시 150 mA/cm2에서 0.8 V이하의 낮고 불안정한 성능을 보였다.
600~650oC 의 운전온도에서 알루미늄의 느린 산화 속도로 인하여 Al-foam 강화 매트릭스는 절연물의 역할을 하지 못하고 leakage current, short-circuit 유발하여 낮고 불안정한 성능을 보였다. 또한 전해질에 대한 알루미늄의 wetting angle은 117o로 낮은 젖음성을 보였다. 알루미늄이 강화 된 매트릭스의 낮은 전해질 보유능으로 인하여 전극에 전해질이 상대적으로 과량 담지 되었다. 전극 기공 내 과량의 전해질은 반응 가스 용해도를 감소시키고 가스 확산 거리를 증가시켰다.
따라서 본 연구에서는 산화 된 Al-foam 지지체를 이용하여 매트릭스를 제조하였다. 산화물은 leakage current과 short-circuit의 유발을 방지하였으며, Al-foam 표면의 산화로 인해 젖음성과 전해질 보유능을 향상시켜 전극 물질 전달 저항을 감소시켰다. 30-vol% 산화 된 Al-foam 강화 매트릭스를 이용 시 150 mA/cm2에서 0.8 V의 안정적 단위전지 성능을 확보할 수 있었다.
MCFC 스택은 경제성을 고려하여 40000시간의 운전시간 동안 150 mA/cm2에서 0.8V 이상의 성능이 확보되어야 한다. 이러한 MCFC의 상용화를 위해 스택 시스템의 개선과 구성요소의 장기 안정성이 향상 되어야 한다.
MCFC의 고압의 운전환경에서 스택의 면압이 고르지 못할 경우, 다공성 전해질 담지체이며 기계적 강도가 상대적으로 낮은 매트릭스에 crack이 발생한다. 매트릭스의 crack은 전극 gas의 cross-over를 유발하여 MCFC 성능 저하의 주요 요인으로 작용한다.
따라서 매트릭스의 기계적 강도를 시키고자 Al-foam이 매트릭스의 강화 소재로 이용되었다. 그러나 Al-foam 강화 매트릭스의 단위전지 운전 시 150 mA/cm2에서 0.8 V이하의 낮고 불안정한 성능을 보였다.
600~650oC 의 운전온도에서 알루미늄의 느린 산화 속도로 인하여 Al-foam 강화 매트릭스는 절연물의 역할을 하지 못하고 leakage current, short-circuit 유발하여 낮고 불안정한 성능을 보였다. 또한 전해질에 대한 알루미늄의 wetting angle은 117o로 낮은 젖음성을 보였다. 알루미늄이 강화 된 매트릭스의 낮은 전해질 보유능으로 인하여 전극에 전해질이 상대적으로 과량 담지 되었다. 전극 기공 내 과량의 전해질은 반응 가스 용해도를 감소시키고 가스 확산 거리를 증가시켰다.
따라서 본 연구에서는 산화 된 Al-foam 지지체를 이용하여 매트릭스를 제조하였다. 산화물은 leakage current과 short-circuit의 유발을 방지하였으며, Al-foam 표면의 산화로 인해 젖음성과 전해질 보유능을 향상시켜 전극 물질 전달 저항을 감소시켰다. 30-vol% 산화 된 Al-foam 강화 매트릭스를 이용 시 150 mA/cm2에서 0.8 V의 안정적 단위전지 성능을 확보할 수 있었다.
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