Abstract
A 100kW class stack consisting of 10 molten carbonate fuel cells has been fabricated. Internally manifold stack has been tested for endurance. Each cell in the stack had an electrode area of $100cm^2$ and reactant gases were distributed in each cells in a cross-flow configuration. Initial and long term operation performance of the stack was investgated as a function of gas utilization using a specially designed small scale stack test facility. It was possible to have a stack with an output of more than 100W using an anode gas of 72% $H_2/18%$ $CO_2/10%H_2O$ and cathode gas of 33% $O_2/67%$ $CO_2$ and 70% Air 30% $CO_2$. The output and voltage of the stack at a current 15A($150mA/cm^2$) and gas utilization of 0.4 showed 125.8W and 8.39V respectively by elapsed time of 310 hours operation. In long term operation characteristics, the voltage drop of 52.4mV/1000hour was observed after more than 1,840 hours operation. Among the voltage drop, the OCV loss was highest than other voltage loss such as internal resistance and electrode polarization. Non uniformity of 2voltages and degradation of cell voltage in the stack was observed in according to changing the utilization rate after a long term operation. Further work for increasing the performance prolonging the life of the stack are required.
차세대의 새로운 발전방식인 용융탄산염형 연료전지 시스템개발 사업중 실용 스택개발을 위하여 전극유효연적이 $100cm^2$ 인 단위전지를 10단 적층한 Cross Flow형 MCFC스택을 제작하고 2성능측정설비를 구성하여 장기운전시험을 실시하였다 연료로는 $H_2/CO_2/H_2O$의 비율을 72%/18%/10% 로 조성한 가스를 이용하고 산화제가스로는 $O_2/CO_2$ 및 $Air/CO_2$ 비율이 33%/67%, 70%/30%가 되는 가스를 이용하여 운전할때의 초기성능 및 15A($150mA/cm^2$) 정부하 상태에서의 장기운전시험시의 전압 강하율을 조사하였다. 운전시간 310시간이 경과된 후의 스택전압은 8.39V이었고 이때의 출력은 125.8W를 보여주었다. 한편 1845시간이 경과한후 공기를 산화제로 이용하는 경우 전압은 6.95V로서 출력 104W를 나타내고 있다. 초기성능치에 의한 에너지 변환효율은 이용율이 40%인 경우 29.65%이었고 80%로 증가하는 경우 약 51.5%가 된다. 1840시간의 경과한때 까지의 전압 강하율은 약 52.4mV/1000hr로서 이전의 스택보다는 전압강하율이 감소되고 있으며 스택의 성능 저하의 주요한 요인은 개회로 전압의 저하로 내부단락동에서 기인하는 것으로 여겨진다. 또한 장기운전사 스택내부에서의 단위전지 전압분포가 균일하지 않음을 알 수 있어 이에 대한 개선을 필요로 한다.