연료전지실험

목차

ABSTRCT Ⅰ

List of Figure Ⅱ

List of Table Ⅲ

1. INTRODUCTION

1-1. 연료전지 1

1-2. 연료전지의 원리 1

1-3. 연료전지의 특징 1

1-4. 연료전지의 종류 2

1-4-1. PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell) 2

1-4-2. MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell) 3

1-4-3. SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) 4

1-4-4. PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 5

1-4-5. DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) 6

1-4-6. AFC(Alkaline Fuel Cell) 7

2. EXPERIMENTAL

2-1. 실험기구 및 시약 9

2-2. 실험 방법 9

2-3. 주의 사항 9

3. RESULTS & DISCUSSION

3.1. Results 11

3.2. Discussion 12

4. CONCLUSION 14

REFERENCE Ⅳ

본문내용

0.441
0.441
0.441
0.00
240.15
1.587
317.370
0.592
118.330
0.373
0.373
0.373
0.00
260.05
2.511
502.170
0.615
122.980
0.245
0.245
0.245
0.00
280.05
0.000
0.000
0.000
0.000
0.021
0.021
0.020
0.00
그림. 3.1 P vs I.
위의 그림 3.1은 표 3.1의 DMFC측정 결과를 가지고 P vs I의 그래프를 그린 것이다. 시간에 따라서 I가 증가함에 따라 P값 또한 증가함을 알 수 있었다. 그리고 240sec에서 260sec에서는 그래프에서 보는 바와 같이 P의 곡선이 완만해 짐을 알 수 있었다.
그림. 3.2 V vs I.
위의 그림 3.2는 표 3.1의 DMFC측정 결과를 가지고 V vs I의 그래프를 그린 것이다. 시간에 따라서 I가 증가함에 따라 V값이 점점 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다.
3-2. Discussion
실험 결과 표3.1과 그림 3.2를 보면 문헌값에 나와있는 전압 0.94~0.97V범위 안에 들어야 하는데 최고 전압이 0.575V가 나왔다. 오차는 약 0.375~0.395V임을 알 수 있다. 표 3.1을 보면 시간에 따라 전류와 전류밀도, 동력, 동력밀도, 전압등의 변화를 확인할 수 있다. 먼저 시간이 지남에 따라서 전류값이 증가하고 또한 전류밀도 EH한 증가함을 알 수 있다. 그리고 전류의 이러한 증가에 따라서 동력 또한 증가하고 동력밀도 또한 증가함을 알 수 있다. 그리고 전압은 시간이 지남에 따라 점차 떨어지는 것을 확인해 볼 수 있었다.
이번 실험의 오차의 원인은 먼저 MEA를 만들 때에 Nafion막에 도포시킬 때에 고르게 분사하지 못한 점을 들 수 있다. 도포시키는 촉매인 Pt와 Pt/Ru는 전극의 역할 또한 하기 때문에 잘 도포시켜야 만이 수소이온의 이동이 잘 되어졌을 것이다. 양쪽 면 모두 골고루 분사되어야 했는데 그러지 못한 점이 오차의 원인으로 작용한 것 같다. 뭉치거나 번진 곳에서는 촉매층의 균열이 일어나서 경계면에서 강한 접촉 저항이 생겨나게 되어서 전압이 떨어지는 원인이 되었을 것이다. 또한 분사 시킨 양의 loss가 전압이 작게 측정된 원인이 되었을 것이다. 본래 분사시킨 양이 loss를 감안하여 2배의 양을 하였지만 스프레이건을 세척할 때에 많은 양이 loss가 됨을 확인할 수 있었다. 그리고 연료인 5wt%의 Metanol 500ml의 crossover현상의 원인을 들 수 있다. 최초에 crossover 현상을 가만하여 5wt%의 Methaol을 만들었지만, 초기에도 낮은 농도였는데 시간이 지남에 따라서 용액이 계속 쓰이면서 농도가 떨어져서 효율을 떨어뜨리게 된 원인이 되었던 것 같다. 그리고 또한 측정장치에 옮길 때에 일정한 압력으로 모든 볼트를 조여야 하는데 어느 한쪽으로 힘이 더 들어가서 그 쪽에서의 저항이 원인으로 작용했던 것 같다. 이번 실험에서는 최대 동력밀도라고 단정 짓기는 어렵지만 이후 시간동안 좀 더 측정하였다면 일정해지는 구간을 찾을 수 있었지 않았나 하는 아쉬움도 남았다. 최대 동력밀도는 122.980 mW/Cm2 이었다.
4. CONCLUSION
이번 실험의 목적은 이론적으로 배운 DMFC의 작동 원리를 이해하고, 실제로 제조해 봄으로써 실험과정에 대한 전반적인 이해를 하며, 효율을 측정해 보는 것이었다. 실험결과 표3.1의 결과를 얻을 수 있었다. 측정된 전압값은 0.575V로써, 문헌값인 0.94~0.97V과 0.375~0.395V의 오차를 보임을 알 수 있었다. 이러한 오차의 원인으로 첫째, 골고루 도포되지 못한 Pt와 Pt/Ru를 들 수 있었다. 이는 실험에서 효율에 있어서 가장 중요한 변수입니다. 스프레이건의 조작이 조금 어려운 점도 있어서 번지거나 뭉치는 현상이 발생했는데, 이를 통해 촉매의 균열이 생겨서 경계면에서 강한 접촉저항이 생김으로써 전압이 낮게 측정된 것 같습니다. 둘째로, 도포된 양의 loss를 들 수 있습니다. 도포된 양은 loss를 예상하여 2배의 값을 계산하여 도포하였지만 스프레이건 세척 당시에 많은 양이 loss가 되었을 것을 확인해 볼 수 있었습니다. 도포된 양은 바로 접촉되는 면들과 직결되는 경계면들이기 때문에 골고루 도포되지 못하고 부족한 부분이 있어 효율 저하의 원인이 되었던 것 갔습니다. 셋째로, Metanol의 crossover 현상을 들 수 있습니다. 메탄올의 crossover현상을 감안하여 낮은 농도인 5wt%로 용액을 제조하였는데, 시간이 지남에 따라 사용되는 메탄올의 양으로 인해서 농도는 점점 줄어들었을 것입니다. 이렇게 줄어든 농도 때문에 반응하는 효율은 시간이 지남에 따라 점차 떨어지게 되었던 것 같습니다. 넷째로, 측정 장치에 옮길 때 볼트 조이는 문제가 있습니다. 볼트는 사람이 직접 같은 힘으로 조여주어야 하는 것인데, 볼트마다 같은 힘을 주고 같은 횟수로 돌리는 것은 무리가 있는 것 같습니다. 어느 한쪽에 더 많은 힘이 가해짐으로써 한 쪽에서의 저항으로 인해 효율이 떨어졌던 것 같습니다. 이러한 오차의 원인들로 전압은 문헌값보다 낮게 측정된 것 같습니다.
실험을 통하여 DMFC의 MEA를 직접 제조해봄으로써 연료전지의 이론을 더 자세히 공부해 볼 수 있었고, 실험과정의 브리핑시간을 통해서도 확실히 이해를 할 수 있었던 기회가 된 것 같습니다. 효율의 오차가 난 원인 부분들이 좀 더 주의를 기울이고 재실험을 하면 점차 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 실험 기회를 통해서 연료전지의 이해를 잘 할 수 있어서 좋았던 것 같습니다.
REFERENCES
[1] S. G. Meibuhr, Electrochim. Acta, 11, 1301 (1966)
[2] kisti(한국과학기술정보연구원), 연료전지의 원리 및 특징 (2000)
[3] kisti(한국과학기술정보연구원), 연료전지의 종류 (2002)
[4] FC TEC, 연료전지의 종류 (2009)
[5] DTI Energy, DMFC (2004)
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키워드

연료,   전지,   DMFC