연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 전력 변환 장치로써, 수명이 길고 에너지 밀도가 높아 기존의 축전지 대체 에너지원으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 최근 소형 휴대용 전자기기용 전원으로 개발되고 있는 마이크로 직접메탄올 연료전지는 연료의 취급이 용이하고, 운전온도가 낮기 때문에 초소형화가 가능하다. 이러한 여러 가지 장점을 가진 직접메탄올 연료전지를 기반으로 하는 마이크로 연료 전지(Micro fuel cell)의 구성과 개발 현황 및 응용에 대하여 기술하였다.
직접 메탄올 연료전지는 간단한 구조와 디자인 그리고 높은 에너지 밀도와 에너지 변환 효율등의 장점으로 인하여 휴대용 장치들의 전력원으로 사용된다. 본 논문에서는 직접 메탄올 연료전지의 연료 농도를 감지하기 위한 얇은 나피온 막과 Pt 촉매전극의 합성으로 만들어진 메탄을 센서를 제작하였다. 제작된 메탄을 센서를 사용하여 메탄올 농도와 촉매전극(Pt)의 두께 변화에 따른 전류-전압 특성을 분석하였다. Pt 촉매전극 10nm, 전압이 1V 이고 메탄올 농도 1, 2, 3M일 때 전류 값이 각각 $1.30{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A,\;2.80{\times}10^{-6} A$ 이었다. 메탄올 농도를 2M로 고정하고 촉매전극의 두께를 5, 10, 15nm로 변화시켰을 때 전류 값은 각각 $3.06{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A,\;1.00{\times}10^{-6}A$ 이었다. 촉매전극이 얇을수록 전류가 증가하고 전기화학반응이 더 활발히 일어나는 것으로 사료된다.
Dynamic behavior of immiscible gas bubble attached to the wall in channel flow plays very important role in many engineering applications. Special attention has been paid to micro direct methanol fuel cell(${\mu}$DMFC) where surface tension becomes dominant factor with minor gravitational effect due to its reduced size. Therefore, displacement of $CO_2$ bubble generating on a cathode side in ${\mu}$DMFC can be very difficult and efficient removal of $CO_2$ bubbles will affect the overall machine performance considerably. We have focused our efforts on studying the dynamic behavior of immiscible bubble attached to the one side of the wall on 2D rectangular channel subject to external shear flow. We used Level Contour Reconstruction Method(LCRM) which is the simplified version of front tracking method to track the bubble interface motion. Effects of Reynolds number, Weber number, advancing/receding contact angle and property ratio on bubble detachment characteristic has been numerically identified.
Characteristics of a phase change type micro actuator have been studied. The micro actuator has been designed for a micro-pump in an active direct methanol fuel cell(DMFC), consisting of an actuating chamber, a membrane, an electric heater, and a sensor of resistance temperature detector (RTD). In the present study, researches have been focused on the response of the actuator to control algorithm of the heater. The experiments demonstrated that the displacement of the membrane increase with temperature variation which is a function of applied voltage, duty ratio, and operating frequency of heating. The results also showed that operation of the actuator with high voltage at small duty of heating is more efficient than the same power consumption of heating with low voltage at large duty.
Recently, increasing demand on not only lighter but also extremely mobile battery make micro fuel cell device very attractive alternative. By reducing the size of fuel cell, surface tension becomes dominant factor with minor gravitational effect. Therefore, it is very difficult to detach the $CO_2$ bubble generating on a cathode side in ${\mu}DMFC$ (micro direct methanol fuel cell). The degassing of a $CO_2$ bubble has drawn quite attention especially for ${\mu}DMFC$ due to its considerable effect on overall machine performance. Our attention has been paid to the dynamic behavior of immiscible bubble attached to the one side of the wall on 2D rectangular channel subject to external shear flow. We use Level Contour Reconstruction Method (LCRM) which is simplified version of front tracking method to track the bubble interface motion. Effects of Reynolds number, Weber number, advancing/receding contact angle and property ratio on bubble detachment characteristic has been numerically identified.
Nano-MgO와 메조페이스 피치로부터 복합 탄소섬유를 만들고 MgO를 제거함으로써 직접 메탄올 연료전지용 촉매 담지체로서의 다공성 탄소섬유를 제조하였다. 이 다공성 탄소섬유의 비표면적은 $8{\sim}58m^2/g$ 이고, 표면기공구조는 마이크로기공이 거의 없이 MgO 입자크기 유래의 메조기공(10~15 nm)으로 구성된 것이 특징이며, MgO 혼입량(1~10 wt%)에 따라 조절할 수 있었다. 본 다공성 탄소섬유를 담지체로 이용하여 함침법으로 60 wt% Pt-Ru 촉매를 담지하였으며, 제조된 Pt-Ru 촉매의 메탄올 산화 특성 및 단위전지 성능 측정 결과 상용촉매에 비하여 5~10% 이상 향상된 값을 나타내었다
Recently, Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) for portable devices has been received much attention because DMFC has a possibility of higher energy density than electrical batteries and smaller size than other fuel cells. This paper presents the fabrication and test of a thermopneumatic microactuator with a phase change for DMFC. A microactuator consists of an inlet an outlet a chamber, a heater and a sensor of resistance temperature detector(RTD). The micoractuator is fabricated by the spin-coating process, the lithograph process, the deep RIE process and so on. The total size of microactuator is $20{\times}20{\times}0.53mm^3$. When the current is applied, the heater heats liquid in chamber. As a result the liquid vaporizes. The response of temperature in the chamber was measured using thermocouple The changed temperature is $3^{\circ}C$ for 5 sec at 0.032W.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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