• 대한환경공학회지
• /
• 제32권4호
• /
• pp.357-362
• /
• 2010

미생물연료전지는 미생물이 유기물을 분해하면서 전기를 발생시킨다. 미생물연료전지는 여러 분야로 응용이 가능하며 현재 생산되는 전력이 낮기 때문에 상용화가 되기 위해서는 미생물연료전지(MFC)의 전력을 증진시키는 방안 연구가 필요하다. 미생물연료전지(MFC)의 전력을 증진시키기 위해서는 산화, 환원전극에서의 활성화전압손실(Activation losses)과 저항전압손실(Ohmic losses)을 줄여야 하며 활성화전압손실과 저항전압손실의 정확한 측정과 이를 줄이기 위한 인자를 찾는 것이 중요하다. 본 연구에서는 H형태의 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)에서 전류차단법(Current interruption)을 이용하여 산화전극 및 환원전극에서의 활성화 전압손실과 저항전압손실을 측정하였다. H형태의 미생물연료전지에서 백금이 코팅된 전극(0.5 $mg/cm^2$; 10% Pt)을 환원전극으로 이용하였음에도 환원전극 전압손실이 산화전극 전압손실보다 4배 가량 큼을 알 수 있었다. 전류차단법(Current interruption)에 의하여 구한 저항전압손실 값(1146 ${\Omega}$) 과 impedance에 의하여 구한 내부저항(1167 ${\Omega}$)은 거의 일치하였다. 또한 산화, 환원전극 활성화 전압손실의 합은 전지(cell)의 활성화 전압손실과 일치하였다.

• 전기화학회지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.34-39
• /
• 2010

본 연구에서는 용융탄산염형 연료전지의 연료극 전극두께가 과전압에 미치는 영향을 $100\;cm^2$ 급 단위전지를 사용하여 검토하였다. 용융탄산염형 연료전지에서의 수소 산화속도는 충분히 빨라 전극면적이 성능에 크게 영향을 미치지 않을 수 있어, 본 연구에서는 전극의 기하학적 면적의 크기가 과 전압에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 평가는 정상분극법과 비활성가스 계단형 첨가법 (ISA)와 반응물 첨가법 (RA)를 사용하여 연료극 두께 0.77 mm와 0.36 mm에 대해 수행하였다. 평가결과 두 전지에서 연료극 과전압이 거의 동일하게 관찰되어 연료극 두께에 의한 과전압의 차이는 발생하지 않았다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제3권2호
• /
• pp.55-62
• /
• 1992

본 연구에서는 용융탄산염 연료전지의 각 구성요소에서 발생하는 분극현상을 조사하였다. 기준 전극을 부착한 단위전지를 제작하고 전류단락법을 이용하여 전지의 내부저항에 의한 전압손실 및 그이외의 과전압을 측정하였다. $150mA/cm^2$의 전류밀도에서 anode의 과전압은 60mV이하였으나 cathode의 과전압은 130mV 정도로 크게 나타났으며, 전지의 내부저항에 의한 과전압도 170mV정도로커서 cathode의 성능 개선 빛 내부저항의 감소가 필요함을 알았다. 박막 모델을 사용하여 전극의 과전압을 실험치와 근접하게 예측할 수 있었으며, 전극 전해질 계면의 면적 및 전해질 박막의 두께를 조절하여 과전압이 최소가 되도록 전극의 구조를 조절하는 것이 매우 중요함을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제39권10호
• /
• pp.591-598
• /
• 2017

촉매 코팅하지 않은 탄소전극(graphite felt)을 이용한 미생물연료전지에서 전력 오버슈트 현상이 발생하였으며 환원전위의 손실이 대부분의 전압 감소 원인으로 파악되었다. 이를 해결하고자 백금-탄소 촉매 코팅한 탄소전극과 싸고 고전도성을 지닌 스테인리스강 수세미 전극을 사용하여 전력 오버슈트 현상 극복과 전압손실에 대한 분석을 하였다. 백금-탄소 촉매 코팅한 탄소전극을 환원전극으로 이용한 미생물연료전지에서는 여전히 전력오버슈트가 발생하였지만 스테인리스강 수세미 전극에서는 낮은 환원용액 공급유속에서도 전력 오버슈트가 발생하지 않았으며 29% 가량의 증가된 최대전력밀도 값($23.9A/m^3$)을 얻을 수 있었다. 탄소전극을 사용한 미생물연료전지의 전력 오버슈트는 환원용액의 유입유속을 증가시킴에 따라 해결할 수 있었다. 또한 탄소전극과 스테인리스강 수세미 전극을 이용한 미생물연료전지 모두 유속 증가에 따라 최대전력밀도 값과 최대전류밀도 값이 2-3.5배 가량 증가하였다. 유입유속 증가에 따른 전압손실을 분석한 결과 활성도 손실, 저항 손실, 물질전달 손실 모든 구간에서 미생물연료전지의 환원전위 손실이 감소하였다. 이에 따라 스테인리스강 수세미는 경제성 있고 전력오버슈트 현상을 예방하는 미생물연료전지의 환원전극으로써 좋은 재료이며 만약 환원전극 문제로 인해 전력 오버슈트 현상이 발생한다면 환원조 내부 유동을 증가시키는 것이 이를 해결할 수 있는 좋은 방법이라 판단된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
• /
• 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.

• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제1권2호
• /
• 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.

• 전기화학회지
• /
• 제2권3호
• /
• pp.150-155
• /
• 1999

[ $H_2-O_2$ ] 알칼리형 연료전지용 수소극으로서 아크융해법으로 제조된 Brewer-Engel type의 Co-Mo$(35\;wt\%)$ 및 Ni-Mo$(35\;wt\%)$ 금속간화합물 전극의 전기화학적 안정성이 조사되었다. $N_2$가스로 용존산소를 제거한 $80^{\circ}C$ 6N KOH 전해질 내에서 금속간화합물 전극의 전기화학적 안정성에 미치는 전해질의 농도 및 온도의 영향이 조사되었다. 또한, AFC의 정상 작동조건하에서는 Co-Mo및 Ni-Mo전극의 전기화학적 안정성에 대한 분극전압(과전압)의 영향이 논의되었다. Co-Mo전극은 Ni-Mo전극에 비하여 낮은 전기화학적 안정성을 보였다. 수소가스 평형전위로부터 낮은 양분극 과전압 하에서 Co-Mo전극에서는 Co와 Mo의 용해가 동시에 일어났다. 그러나, Co는 Mo에 비하여 급격히 용해되었다 높은 양분극 과전압에서는 전극표면에 $Co(OH)_2$ 부동태 피막이 형성되었다. Ni-Mo전극의 경우에는 Mo의 용해반응이 치밀한 $Ni(OH)_2$, 부동태 피막형성에 의하여 억제되어 우수한 전기화학적 안정성을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• 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.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
• /
• 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.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 1999년도 추계 학술발표회 논문집
• /
• 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)