• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권6호
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• pp.769-774
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• 2011

NaOH 활성화법을 이용하여 다공성 탄소나노섬유(carbon nanofibers; 이하 CNF)를 온도 범위 700~$900^{\circ}C$에서 합성하였고, 상기 제조된 다공성 CNF를 담지체로 하여 직접메탄올 연료전지의 연료극용 촉매를 제조하고 평가하였다. NaOH 활성화에 의한 CNF 표면 특성의 변화를 비표면적 및 기공 크기 분포 자료를 통하여 조사하였고, 형상 및 구조의 변화를 전자현미경을 통하여 관찰하였다. 활성화 CNF에 담지된 촉매의 활성을 메탄올 산화 특성 및 단위전지를 통하여 평가하였다. 본 활성화 방법에 의한 기공의 형성과 이에 담지된 촉매의 활성과의 관계에 대한 고찰을 하였다.

• 공업화학
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• 제17권2호
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• pp.223-228
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• 2006

직접 메탄올 연료전지에서 촉매 담지체로서 세공 크기별 균질한 다공성 탄소는 메조페이스 핏치와 졸-겔법으로 직접 합성한 구형 실리카를 이용하여 제조하였다. Tetrahydrofuran (THF)에 용해된 핏치와 메탄올에 분산된 구상의 실리카를 혼합하고 탄화한 후에 5 M NaOH로 실리카를 식각하여 다공성 탄소를 만들었다. 이 다공성탄소의 비표 면적은 사용된 구형 실리카의 입자 크기가 작을수록 증가하였으며, $14.7{\sim}87.7m^2/g$ 범위를 나타내었다. 평균 기공 직경 또한 사용된 실리카 입자크기에 따라 50~550 nm로 다양하게 나타났다. 다공성 탄소 담지체에 백금과 루테늄을 담지시키기 위해 액상환원법을 사용하였고, 60 wt% 백금-루테늄이 담지된 촉매의 전기 산화 활성 및 전극 성능 특성은 순환 전압 전류법과 단위전지 시험으로 평가하였다. 본 실험 범위 중 50 nm 실리카를 이용하여 제조한 백금-루테늄/다공성탄소의 경우(60 wt% Pt-Ru/porous carbon), 순환 전압 전류법 시험에서 0.4 V에서의 전류 밀도 값이 $123mA/cm^2$가 측정되었고, 단위전지 성능 시험에서는 최대 전력 밀도 값이 $60^{\circ}C$와 $80^{\circ}C$, 산소분위기에서 각각 105, $162mW/cm^2$를 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권10호
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• pp.965-970
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• 2012

본 연구에서는 한국원자력연구원 중성자 영상장치와 중성자 영상법을 이용하여 운전 조건에 따른 DMFC 공기극 내부의 물 및 탄소 분포 변화를 가시화하였다. 운전 중에 연료극에서 발생하는 탄산 가스 때문에 정량적인 물량 계측은 힘들지만, 개회로 결과와 비교했을 때, 상대적으로 탄산가스와 물 분포변화를 가시화할 수 있었다. 이는 중성자 영상법은 직접 메탄올 연료전지의 공기극 채널 형상 최적화 및 적절한 물 관리에 유용한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 바탕으로 성능 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.252.1-252.1
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• 2015

최근 화석연료 고갈 문제를 해결하기 위해 대체에너지 개발과 다양한 형태의 에너지 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, supercapacitor는 high energy density, high power density, longer life-time과 같은 특성으로 인해 에너지 저장 소자로 각광 받고 있다. Supercapacitor는 석유를 대체할 수 있으며 이산화탄소 배출이 없는 친환경 에너지인 태양광, 풍력, 수소연료전지 등의 신재생에너지 저장장치로써 큰 비중을 차지한다. Supercapacitor의 종류인 electrical double layer capacitors (EDLCs) 는 전극과 전해질 사이에 발생하는 전기 이중층에 축적되는 전하를 이용하여 에너지를 저장하는 반응 메커니즘을 가지며 전극 재료로는 탄소 소재를 사용한다. 탄소 소재는 환경 오염이 적고 가격이 저렴하며 넓은 표면적이라는 장점이 있다. 하지만 기존 탄소 소재는 이러한 장점을 가지지만 supercapacitor로써의 효율이 좋지 않게 나온다. 이런 문제를 개선하기 위하여 그래핀 나노플레이트(Graphene nanoplate, GNP) 위에 직접 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 성장 시킴으로써 GNP-CNT 하이브리드 탄소 소재를 제조하여 전극으로 사용하였다. 이 GNP-CNT 하이브리드 탄소 소재는 다차원 구조를 가짐으로써 기존 탄소 소재들보다 분산이 잘되고 전해질과의 작용하는 비표면적이 넓다. 전극을 제작하여 Cyclic voltammetry(CV)와 galvano를 측정한 결과는 기존 탄소나노튜브보다 5배 정도의 정전용량(Capacitance)를 가졌다. 이 전극의 구조적 특성을 관찰하기 위해 SEM, TEM 등을 측정하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.230-236
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• 2013

In this study, successive coating and co-sintering techniques have been used to fabricate LSM/GDC based cathode supported direct carbon fuel cells. The porous LSM/GDC cathode substrate, dense, thin and crack free GDC and ScSZ layers as bi-layer electrolyte, and a porous Ni/ScSZ anode layer was obtained by co-firing at $1400^{\circ}C$. The porous structure of LSM/GDC cathode substrate, after sintering at $1400^{\circ}C$, was obtained due to the presence of GDC phase, which inhibits sintering of LSM because of its higher sintering temperature. The electrochemical characterization of assembled cell was carried out with air as an oxidant and carbon particles in molten carbonate as fuel. The measured open circuit voltages (OCVs) were obtained to be more than 0.99 V, independent of testing temperature. The peak power densities were 116, 195 and $225mWcm^{-2}$ at 750, 800 and $850^{\circ}C$, respectively.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권6호
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• pp.1142-1147
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• 2008

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.144.2-144.2
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• 2010

Bipolar plate는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)에서 핵심 부품 중의 하나이고, 전해질 막이나 촉매 등에 비해서는 상대적으로 쉽게 접근할 수 있기 때문에 많은 연구가 수행되고 있다. Bipolar plate를 제조하는 기술은 크게 금속을 프레스 가공하는 방법, graphite 판을 직접 밀링하는 방법 및 고분자/카본계의 press molding 법 등 3가지로 분류되며, 본 연구에서는 3번째 방법에 의해서 bipolar plate를 대량 생산하는 방법에 대해 연구하였다. 고분자 매트릭스는 에폭시계 수지를 사용하였고, 카본계 재료는 graphite 분말과 carbon nanotube를 사용하였다. 이들 재료들을 일정한 비율로 혼합한 후 differential scanning calorimetry(DSC)를 사용하여 열분석 하였고, 그 결과를 Kissinger equation에 대입하여 경화반응 속도론을 연구하였다. 또한, 경화된 에폭시/탄소 복합재료의 전기전도도, 유리전이온도, 표면에너지 특성 등을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.392-394
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• 2009

Direct Carbon Fuel Cells (DCFCs) generates electricity directly converting the chemical energy in coal. In the present study, effects of anode and current collector materials on the power density of DCFC are investigated experimentally. The adopted DCFC system is combined type of solid oxide fuel cells (SOFC) and molten carbonate fuel cells (MCFC) with the use of a liquid-molten salt anode and a solid oxide electrolyte, proposed by SRI. Power densities of 25 mm button cells with various combination of anode materials and current collector materials are measured.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권5호
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• pp.473-481
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• 2007

Compared to other types of fuel cells, SOFC has advantages like a wide output range and the direct use of hydrocarbon fuel without the process of external reforming. Particularly because the direct use of fuel without reforming reaction is closely linked to overall system efficiency, it is a very attractive advantage. We tried the operation with methane. However, although methane has a small number of carbons compared to other hydrocarbon fuels, our experiment found the deposition of carbon on the surface of the SOFC electrode. To overcome the problem, we tried the operation through activating internal reforming. The reason that internal reforming was possible was that SOFC runs at high temperature compared to other fuel cells and its electrode is made of Ni, which functions as a catalyst favorable for steam reforming.

• 한국기계가공학회지
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• 제20권4호
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• pp.57-65
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• 2021

This paper explains a DMFC-Lithium Battery hybrid system applied to a forklift. A conventional Lead Acid battery forklift has several problems: long charging times, short operation times, and frequent battery replacements. As a result, hydrogen-powered forklifts are replacing Lead acid battery-powered forklifts due to their shorter refueling time and longer operation times. However, in doing so, we are confronted with the problem of a high hydrogen refueling infrastructure. A Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), on the other hand, is an eco-friendly generator that directly converts the chemical energy of methanol into electricity. In general, DMFC is regarded as a small power generator under kW power. In this paper, a DMFC-Battery hybrid system is applied to a 1.5 ton forklift by increasing the power output of the DMFC stack and utilizing the high charge-discharge characteristics of a lithium battery.