• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.32 no.4
• /
• pp.357-362
• /
• 2010

Electricity can be directly generated from organic matter even wastewaters using a microbial fuel cell. To achieve high power in MFCs, finding factors decreasing activation and Ohmic losses is very important. In this study we determined activation loss at the anode and cathode and Ohmic loss using the current interruption technique in a H-type MFC. Activation loss at the cathode was four times higher that that of anode activation loss even if pt-coated carbon (0.5 $mg/cm^2$;10%Pt) was used as the cathode. Ohmic loss determined using current interruption technique (1146 ${\Omega}$) was almost same as the internal resistance (1167 ${\Omega}$) measured using AC impedance. The sum of activation losses at the anode and cathode was the same as the value of activation loss of the cell.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.13 no.1
• /
• pp.34-39
• /
• 2010

This work investigated the effect of anode thickness on the anodic overpotential with $100\;cm^2$ class MCFC single cells. The hydrogen oxidation rate in the molten carbonate is sufficiently high, which may lead to weak relation of overpotential with anode geometrical area. The relation of anode surface area and overpotential was analysed in terms of anode thickness in this work. Steady state polarization, inert gas step addition (ISA), and reactant gas addition (RA) methods were employed to the two cells with 0.77 mm and 0.36 mm thickness of anode. The result represented that the anodic overpotential at the cells were identical. It implied that the anodic overpotential was independent on the electrode thickness within the tested range.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
• /
• v.3 no.2
• /
• pp.55-62
• /
• 1992

To improve the MCFC performance it is important to distingush between polarization losses occuring in the individual electrodes and other components. In this study a current interruption technique has been applied to a MCFC unit cell having a reference electrode to separately study the contributions of IR loss and other polarization losses. At a current density of $150mA/cm^2$ the IR-free polarization of a Ni anode was about 60mV while that of a NiO cathode was 130mV and the Ohmic loss of the cell was as large as 170mV suggesting that both the cathode and the cell structure need further improvement. The thin-film electrode model was used to simulate the performance of the electrodes. Both andoe data and cathode data were successfully fitted.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.39 no.10
• /
• pp.591-598
• /
• 2017

Power overshoot phenomenon was observed in microbial fuel cells (MFCs) used non-catalyzed graphite felt as cathode. Voltage loss in MFCs was mainly caused by cathode potential loss. Cheap stainless steel scrubber, which has high conductivity, and Pt/C coated graphite felt as cathode were used for overcoming power overshoot and reducing the cathode potential loss in MFCs. The MFCs used stainless steel scrubber showed no power overshoot even slow catholyte flow rate and produced 29% enhanced maximum current density ($23.9A/m^3$) than MFCs used non-catalyzed graphite felt while the power overshoot phenomenon was existed in Pt/C coated MFCs. Increasing catholyte flow rate resulted in disappearing power overshoot of MFCs used non-catalyzed graphite felt. In addition, maximum power density and current density of both MFCs used non-catalyzed graphite felt and stainless steel scrubber increased by 2-3.5 times. Cathode potential losses in all region of activation loss, ohmic loss, and mass transport loss were reduced according to increase of catholyte flow rate. Therefore, stainless steel scrubber has advantages that are economical materials as electrode and prevents power overshoot, leading to enhance electricity generation. In addition, increasing catholyte flux is one of great solution when power overshoot caused by cathodic overpotential is observed in MFCs.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.70.2-70.2
• /
• 2012

고체산화물연료전지의 전기적 성능은 직류를 인가하면서 평형 전위로 부터 과전압(Overpotential) 만큼 멀어지는 셀의 전극 전위를 측정하는 방법으로 분석할 수 있다. 하지만 이러한 직류 상태에서는 측정 시스템에 대해서 얻을 수 있는 정보가 매우 제한 적이다. 따라서 활성화 과전압 (Activation overpotential), 농도 과전압(Concentration overpotential), 저항 과전압 (Ohmic overpotential)등의 전류에 따른 변화가 전기화학의 법칙을 충실히 따른다는 가정하에 측정결과를 수식에 맞추어 역으로 추정하는 회귀 분석 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만 고성능의 셀이 될 수록 활성화 분극이나 농도 분극이 전류-전압 선상에서 뚜렷하게 나타나지 않는 경우가 많고, 이러한 상태에서의 회귀 분석은 해는 무한히 많으나 하나의 해 만을 선택하게 되는 경우가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점은 연료전지에 직류와 교류를 동시에 인가하면서 과전압과 임피던스를 상호 비교 분석하면서 보완될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 직류 인가 상태에서 각 과전압을 간단한 수식을 이용한 회귀 분석으로 추정하고, 이를 다시 임피던스 측정 시 교류 주파수에 따라 나뉜 저항 요소들과 다시 비교하면서 회귀 분석의 신뢰성을 높이는 시도를 하였다. 이러한 과정을 통해 제시된 직류 고전압 모델을 검증하는데 임피던스의 이용이 매우 효과적임을 알 수 있었다.

• Journal of Aerospace System Engineering
• /
• v.1 no.2
• /
• pp.21-26
• /
• 2007

DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) has been considered as an attractive option to produce electric power in many application. In this study, in order to estimate the effects of the methanol concentration, wind velocity and temperature on the performance of DMFC, a physical prototype of DMFC was designed and manufactured, and the stack voltage of DMFC was measured during the operation of DMFC. Expecially, the experimental results showed that a low stack temperature, a low wind velocity and an excess methanol concentration lead to the increase of the time to reach the maximum stack voltage.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.2 no.3
• /
• pp.150-155
• /
• 1999

The Electrochemical stabilities of the Brewer-Engel type intermetallic compounds of Co-Mo $(35 wt\%)$ and Ni-Mo$(35 wt\%)$ manufactured by the arc-melting method for the hydrogen electrode of $H_2-O_2$ alkaline fuel cell were investigated. Effects of temperature and concentration on the electrochemical behavior of the electrodes in the $80^{\circ}C$ 6 N KOH solution deaerated with $N_2$ gas were studied by electrochemical methods. The effect of overpotential on the electrochemical stabilities of Co-Mo and Ni-Mo intermetallic compounds was also discussed under the normal operation condition of AFC. It was shown that Co-Mo electrode had lower electrochemical stability as compared to Ni-Mo. In the case of Co-Mo electrode, a simultaneous dissolution of cobalt and molybdenum has occurred at low anodic overpotential form equilibrium hydrogen electrode potential, but the dissolution of cobalt was serious, and Co(OH)l layer on the electrode surface formed at the high anodic overpotential. In contrast the Ni-Mo electrode had high electrochemical stability because formation of the dense and thin protective $Ni(OH)_2$ layer prevented the dissolution of molybdenum.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.71.2-71.2
• /
• 2010

고체산화물연료전지는 청정에너지원으로써 기존의 발전방식을 대신할 차세대 에너지원으로 각광 받고 있다. 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하는 특성상 실험을 통하여 전극미세구조 및 구동조건을 최적화하는 것은 매우 어렵다. 본 연구는 전기화학식을 이용한 전산모사를 통해서 고체산화물 연료전지의 구동조건에 따른 성능 평가 및 전극의 미세구조 최적화 과정을 수행하였다. 전극 내 전달현상을 무시하고 오직 전기화학반응만을 고려한 전산모사는 단전지의 전극미세구조 및 구동조건에 따른 전지성능을 빠르게 예측할 수 있으며, 이를 기반으로 다양한 조건에서 얻은 전지 성능 데이터를 통해 전극미세구조를 최적화하였다. 개회로전압, 활성화분극, 저항분극, 물질수송손실을 표현하기 위하여 Nernst 식, Butler-Voler 식, 옴의 법칙, dusty-gas 모델을 각각 사용하였으며, 전극미세구조 및 구동조건의 변화는 물질확산계수 및 교환전류밀도를 통하여 그 영향이 전지성능에 반영된다. 온도, 압력, 주입 연료의 조성에 대한 성능평가가 수행되었으며, 1023K, 1 bar의 조건하에서 최적의 단전지 성능을 위한 기공도와 기공크기를 조사하였다. 더 향상된 단전지 성능 확보를 위해서 실험에서 쓰이는 기능층(functional layer)과 유사하게 넓은 반응 면적과 원활한 반응물 및 생성물의 이동을 보장하도록 기공도 및 기공크기를 그레이딩한 전극구조(graded-electrode)를 디자인하고 성능을 평가하였다. 그 결과 기존의 전지구조 대신에 그레이딩된 전극을 사용할 경우 50%이상 향상된 전지성능을 예측할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2016.11a
• /
• pp.190.2-190.2
• /
• 2016

청정에너지 개발은 화석연료를 대체하기 위하여 꾸준한 관심을 받고 있다. 많은 대체에너지중 수소는 그 반응물이 순수한 물로써 환경오염이 없다. 기존의 수소를 얻어내는 방법은 메탄을 고온 고압에서 수증기와 반응시켜 얻는데 이 때 이산화탄소가 생성이 된다. 전기화학적 물분해 방법은 물을 수소와 산소로 선택적으로 분해시킬 수 있는 방법이다. $TiO_2$는 전기적으로 합성할 때 표면의 구조제어가 쉽고 열역학적, 화학적 안정성이 높아 자체의 높은 밴드갭(3.0~3.2 eV)에도 불구하고 산업적으로 염소분해 전극으로써 사용되고 있으며 최근에는 물분해 전극으로도 적용하는 연구가 진행되고 있다. 전기화학적 물분해 반응을 위해서는 높은 과전압이 요구되므로 산업적으로 이용하기 위해 전도성을 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 낮은 전압에서도 물을 분해할 수 있는 촉매제의 도핑이 연구되고 있으나 대부분 촉매로 사용되는 금속은 루테늄과 이리듐 등의 귀금속이다. 본 연구에서는 저가촉매로써 몰리브덴을 도핑한 후 농도별 성능을 비교하였다. 전극의 성능비교를 위해 각 촉매의 농도별로 다른 전해질 농도조건에서 성능비교실험을 진행하였다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
• /
• 1999.11a
• /
• pp.85-88
• /
• 1999

대용량 발전 시설의 개발을 목표로, 연구에 대한 많은 관심이 집중되어 온 인산형 연료전지는 이미 전 세계적으로 연구의 선두에 있는 국가들에서 수백 KW급 규모로 상용화단계에 진입해 있는 상태이고 미국 등지에서는 전력회사 등을 통하여 MW급 규모의 응용이 이루어지고 있다. 다른 연료전지에서와 마찬가지로 인산형 연료전지에서도 산소의 환원반응이 느린 점과 산소의 환원시 높은 과전압으로 인한 성능이 감소가 한계요인으로 되고 있어 이의 극복을 위한 많은 연구가 있어 왔으며 최근의 개발 방향은 발전시스템의 고성능화와 전지의 수명연장, 그리고 경제성 확보 등의 측면에서 이루어지고 있다.(중략)