KR100786461B1 - 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법 - Google Patents

전해질막 전극 접합체의 활성화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100786461B1
KR100786461B1 KR1020060010293A KR20060010293A KR100786461B1 KR 100786461 B1 KR100786461 B1 KR 100786461B1 KR 1020060010293 A KR1020060010293 A KR 1020060010293A KR 20060010293 A KR20060010293 A KR 20060010293A KR 100786461 B1 KR100786461 B1 KR 100786461B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte membrane
electrode assembly
membrane electrode
fuel cell
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020060010293A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070079531A (ko
Inventor
신승식
권호진
안성진
은영찬
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060010293A priority Critical patent/KR100786461B1/ko
Publication of KR20070079531A publication Critical patent/KR20070079531A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100786461B1 publication Critical patent/KR100786461B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지에 사용되는 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법에 관한 것으로, 직접 메탄올형 연료전지에 사용되며 애노드 전극와 캐소드 전극 사이에 전해질막이 개재된 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법에 있어서, 상기 애노드 전극에, 상기 전해질막 전극 접합체 1㎠당 4∼8ccm 유량의 수소를 약 2시간 동안 공급하여 상기 전해질막 전극 접합체를 활성화하는 것을 특징으로 하기 때문에 전해질막 전극 접합체의 활성화에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 보다 효율적으로 전해질막 전극 합성체를 이용할 수 있다.
연료전지, 전해질막 전극 접합체, 활성화, 패시브

Description

전해질막 전극 접합체의 활성화 방법{membrane electrode assembly activation process}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성화 공정 및 종래의 활성화 공정에 따라 활성화한 전해질막 전극 접합체의 성능 비교 곡선도,
도 2는 직접 메탄올 연료전지의 전해질막 전극 접합체의 작용을 나타내는 개략도.
본 발명은 연료전지에 사용되는 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접 메탄올 연료전지에 사용되는 전해질막 전극 접합체가 작동 초기부터 최대 출력을 발생할 수 있도록 활성화하는 방법에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지는 상온 또는 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 직접 메탄올 연료전지, 150∼200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600∼700℃의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지, 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연 료전지는 기본적으로 전기를 발생하는 작동원리는 유사하지만 사용되는 연료의 종류, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
이 중 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 비교적 저온에서 동작이 가능하고, 메탄올을 직접 연료로 사용하기 때문에 원료연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기를 사용하지 않아서 콤팩트하게 구성할 수 있기 때문에 휴대용 전자기기의 전원으로 사용하기 위한 개발이 활발하다.
직접 메탄올 연료전지에서 전기가 발생하는 부분은 전해질막 전극 접합체이며, 통상적으로 전해질막 전극 접합체는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전해질 막이 개재된 형태로 구성된다. 애노드 전극에는 연료공급장치를 통해 메탄올이 공급되고, 캐소드 전극에는 공기공급장치를 통해 통상의 공기에 포함된 산소가 공급되며, 전해질막 전극 접합체에서는 메탄올과 산소를 이용하여 전기를 발생하게 된다.
한편 애노드 전극을 메탄올과 직접 대면시키고 캐소드 전극을 공기 중에 노출시킴으로서, 별도의 연료공급장치 또는 공기 공급장치를 부가하지 않고 전해질막 전극 접합체에 메탄올과 공기 중의 산소를 공급할 수 있다. 이러한 유형의 연료전지를 통상 패시브형 직접 메탄올 연료전지(passive type DMFC)라고 한다. 또한 연료공급장치는 생략하지만 공기공급장치는 부가하는 유형의 연료전지를 통상 세미 패시브형 직접 메탄올 연료전지(semi passive type DMFC)라고 한다. 패시브형 직접 메탄올 연료전지 또는 세미 패시브형 연료전지는 별도의 연료공급장치 및/또는 공기공급장치를 필요로 하지 않기 때문에 불필요한 전력의 소모를 최소로 할 수 있으 며, 상기 장치들을 생략함으로써 부피를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
한편 직접 메탄올 연료전지에서 사용하는 전해질막 전극 접합체의 경우, 제조 후 바로 전력을 생산하게 되면 정상출력을 얻지 못한다. 그래서 종래에는 전해질막 전극 접합체를 물이나 일정 농도의 메탄올에 담침하는 전처리 공정을 거쳐 전해질막 전극 접합체를 활성화한 후 사용하였다. 하지만 전술한 활성화 방법은 통상 수 일이 소요되고, 상기 전처리 공정 동안 정상적인 전력생산이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직접 메탄올 연료전지에서 사용하는 전해질막 전극 접합체의 전처리 공정의 소요시간을 단축하는 활성화 방법을 제공함에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 직접 메탄올 연료전지의 전해질막 전극 접합체의 작용을 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 직접 메탄올 연료전지의 전해질막 전극 접합체는 애노드 전극(10)과 캐소드 전극(20) 사이에 전해질막(30)이 개재된 형태로 구성된다. 애노 드 전극(10)에 공급된 메탄올(CH3OH) 및 물(H2O)(이하 메탄올과 물의 혼합물을 연료라 정의한다)은 촉매 상에서 이산화탄소(CO2), 수소 이온(H+) 및 전자(e-)로 분해된다. 상기 수소 이온은 전해질 막(30)을 통해 캐소드 전극(20)으로 이동하며, 상기 전자는 외부 전선을 통해 캐소드 전극(20)으로 이동한다. 캐소드 전극(20)에는 통상의 공기에 포함된 산소(O2)가 공급되며, 애노드 전극(10)에서 이동된 전자와 수소이온 그리고 산소가 촉매 상에서 반응하여 물을 생성한다.
애노드 전극(10)과 캐소드 전극(20)에서 일어나는 전기화학반응을 반응식으로 나타내면 아래의 반응식 1과 같다.
애노드 전극 : CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
캐소드 전극 : 3/2 O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O
전 체 : CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2H2O
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성화 공정 및 종래의 활성화 공정에 따라 활성화한 전해질막 전극 접합체의 성능 비교 곡선도이다.
이하에서는 도 1을 참조하여 직접 메탄올 연료 전지에 사용되는 전해질막 전극 접합체를 활성화 공정에 대하여 상세히 설명한다. 하지만 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
넓이가 25㎠ 인 전해질막 전극 접합체의 애노드 전극에 절대습도 90%로 가습된 수소(H2)를 100∼200ccm(Cubic Centimeter per Minute)의 유량으로 공급한다. 즉, 상기 전해질막 전극 접합체에 공급되는 상기 수소의 유량은 전해질막 전극 접합체 1㎠당 4∼8ccm이다.
상기 전해질막 전극 접합체에 상기 수소의 유량보다 적게 공급되면 충분한 전기가 생산되지 않을 수 있고, 상기 수소의 유량보다 많이 공급되면 미반응하는 수소가 적체되어 수소의 효율적인 이용을 저해하게 된다. 한편 상기 가습량보다 적게 가습된 수소를 공급하면 상기 전해질막 전극 접합체의 수화 시간이 늦어지며, 이로 인하여 활성화 공정에 더 많은 시간을 요하게 된다. 또한 상기 가습량보다 더 많이 가습된 수소를 공급하면 전해질막 전극 접합체의 표면에 물이 응축되어 수소 흐름을 방해할 수 있으며, 이로 인하여 상기 전해질막 전극 접합체에 수소가 불균일하게 공급되어 균일한 활성화 공정이 이루어질 수 없다.
상기 전해질막 전극 전합체의 애노드 전극에 상기와 같이 수소를 공급하고, 상기 전해질막 전극 접합체의 캐소드 전극에 공기를 공급하면, 출력전압이 0.4∼0.8V 사이에서 유지되도록 전기가 생산된다. 도 1을 참조하면, 이 경우 약 1∼2시간 만에, 보다 상세하게는 약 2시간 만에 상기 전해질막 전극 접합체의 최대 성능에 도달할 수 있다.
<비교예>
종래 방법과 같이, 상기 전해질막 전극 접합체의 애노드 전극에 3M 농도의 메탄올 연료를 공급하는 활성화 공정을 수행한다. 이 때 동시에 상기 전해질막 전극 접합체의 캐소드 전극에 공기를 공급한다. 그러면 도 1에 나타나는 바와 같이, 약 72시간 만에 상기 전해질막 전극 접합체의 최대 성능에 도달할 수 있다. 따라서 전술한 실시예의 경우 상기 비교예와 대비하여 상기 전해질막 전극 접합체의 활성화 시간을 대폭 단축할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 직접 메탄올 연료전지의 전해질막 전극 접합체를 초기에 사용할 때, 가습된 수소를 애노드 전극에 공급하여 전해질막 전극 접합체를 활성화 함으로서, 전해질막 전극 접합체의 활성화에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 보다 효율적으로 전해질막 전극 합성체를 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 직접 메탄올형 연료전지에 사용되며 애노드 전극와 캐소드 전극 사이에 전해질막이 개재된 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법에 있어서,
    상기 전해질막 전극 접합체 1㎠당 4∼8ccm 유량의 수소를 상기 애노드 전극에 공급하여 상기 전해질막 전극 접합체를 활성화하는 것을 특징으로 하는 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소는 90%의 절대습도로 가습되는 것을 특징으로 하는 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수소는 1시간 내지 2시간 동안 공급되는 것을 특징으로 하는 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법.
KR1020060010293A 2006-02-02 2006-02-02 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법 KR100786461B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060010293A KR100786461B1 (ko) 2006-02-02 2006-02-02 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060010293A KR100786461B1 (ko) 2006-02-02 2006-02-02 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070079531A KR20070079531A (ko) 2007-08-07
KR100786461B1 true KR100786461B1 (ko) 2007-12-17

Family

ID=38600129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060010293A KR100786461B1 (ko) 2006-02-02 2006-02-02 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100786461B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108232243A (zh) * 2016-12-10 2018-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池的活化方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060019851A (ko) * 2004-08-30 2006-03-06 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060019851A (ko) * 2004-08-30 2006-03-06 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070079531A (ko) 2007-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI281762B (en) Fuel cell
KR101033889B1 (ko) 연료전지 가속 활성화 장치 및 방법
WO2004102708A3 (en) Prevention of flooding of fuel cell stack
KR100877702B1 (ko) 수소 발생 장치용 전해질 용액 및 이를 포함하는 수소 발생장치
US20090035625A1 (en) Hydrogen fuel cell with integrated reformer
KR100864024B1 (ko) 수소 발생 장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR100786461B1 (ko) 전해질막 전극 접합체의 활성화 방법
MXPA05010023A (es) Electrocatalizador basado en tugsteno y celda de combustible que contiene el mismo.
CN101239277A (zh) 直接液体燃料电池尾气的电化学处理方法和专用装置
KR20070095684A (ko) 패시브형 연료전지 시스템의 활성화 방법
US20110183220A1 (en) Method of purging for fuel cell
JP2007200826A (ja) 電気化学反応器
WO2004062011A2 (en) Controlling methanol concentration in a fuel cell
JP2010103033A (ja) 燃料電池
KR20070084733A (ko) 성능회복장치를 장착한 연료전지 시스템 및 연료전지시스템 성능회복방법
KR20070099354A (ko) 연료전지 시스템의 활성화 방법
KR20070024124A (ko) 연료 전지용 세퍼레이터, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는연료 전지 시스템
KR20070037208A (ko) 원통형 전해질막-전극 합성체 및 이를 채용한 연료전지
JP2006339071A (ja) 燃料電池システム
KR102610400B1 (ko) 신재생 에너지 및 연료 전지를 이용하는 복합 발전 시스템 및 이에 사용되는 수소 생산 시스템
KR100625968B1 (ko) 연료전지 시스템
KR20070037205A (ko) 패시브형 연료전지에 사용되는 캐소드 플레이트
KR100673748B1 (ko) 연료 전지용 연료 조성물 및 이를 이용한 연료 전지
KR100714009B1 (ko) 연료전지용 방음방진 펌프 구조체와 이를 채용한 연료전지 시스템
JP2011040339A (ja) 燃料電池の運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121123

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131125

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141118

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151123

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161115

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee