KR101446195B1 - Equipment for removing carbon dioxide for direct methanol fuel cell - Google Patents
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Abstract
직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치가 개시된다. 개시된 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치는, 중공을 가지는 것으로 일면의 적어도 일부분이 개방되고 타면의 적어도 일부분도 개방되거나 타면은 전부 막혀 있으며 상기 중공과 연통되도록 외주면에 복수개의 관통홀이 형성되어 있는 본체, 상기 복수개의 관통홀을 덮도록 상기 본체의 외주면상에 배치된 기액 분리막, 및 상기 기액 분리막상에 배치된 메쉬를 구비하는 것을 특징으로 한다.A carbon dioxide removing apparatus for a direct methanol fuel cell is disclosed. The disclosed direct methanol fuel cell carbon dioxide removing device comprises a body having a hollow body, at least a part of which is open on at least one side, at least a part of the other side is opened, all sides are closed, and a plurality of through holes are formed in an outer circumferential surface to communicate with the hollow, A gas-liquid separation membrane disposed on the outer circumferential surface of the body so as to cover the plurality of through-holes, and a mesh disposed on the gas-liquid separation membrane.
따라서, 개시된 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치는 연료전지의 산화반응시 발생하는 이산화탄소를 연료전지가 놓여진 방향에 관계없이 효과적으로 배출할 수 있다.Accordingly, the disclosed direct methanol fuel cell carbon dioxide removing device can effectively discharge carbon dioxide generated during the oxidation reaction of the fuel cell irrespective of the direction in which the fuel cell is placed.
Description
본 발명은 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지의 산화반응시 발생하는 이산화탄소를 연료전지가 놓여진 방향에 관계없이 효과적으로 배출할 수 있는 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon dioxide removing apparatus for a direct methanol fuel cell, and more particularly, to a carbon dioxide removing apparatus for a direct methanol fuel cell capable of effectively discharging carbon dioxide generated in an oxidation reaction of a fuel cell, will be.
최근 휴대용 전자기기 및 무선통신기기의 급격한 보급으로 인해 휴대용 전원 공급장치 및 청정 에너지원으로서 발전용 연료전지의 개발에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, due to the rapid spread of portable electronic devices and wireless communication devices, there has been much interest and research in development of a portable power supply device and a fuel cell for power generation as a clean energy source.
연료전지는 연료 가스(수소 또는 메탄올)와 산화제(산소 또는 공기)를 전기화학적으로 반응시켜 생성되는 에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 새로운 발전시스템이다. A fuel cell is a new generation system that directly converts energy generated by electrochemically reacting a fuel gas (hydrogen or methanol) with an oxidizer (oxygen or air) into electric energy.
이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리형 연료전지, 및 직접메탄올 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본 적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만, 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등에서 서로 차이점이 있다. Such a fuel cell is classified into a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, an alkaline fuel cell, and a direct methanol fuel cell depending on the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates fundamentally on the same principle, but there is a difference between the type of fuel used, the operating temperature, the catalyst, and the electrolyte.
이들 중 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 메탄올을 연료로 사용하기 때문에 수소 개질기 등을 사용하지 않아도 되며 저온에서 운전하는 것도 가능하다. 특히, 직접 메탄올 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비하여 연료공급 체계가 단순하고 장치가 간단하여 소형화가 가능하며 보다 컴팩트하게 구성할 수 있다. 이로 인하여 직접 메탄올 연료전지는 가정용, 이동용 장비, 휴대형 전원, 군사용 등 매우 폭넓게 응용할 수 있다는 장점을 갖는다.Among these direct methanol fuel cells (DMFCs), since methanol is used as fuel, it is not necessary to use a hydrogen reformer, and it is also possible to operate at a low temperature. In particular, the direct methanol fuel cell has a simpler fuel supply system and simpler apparatus than other types of fuel cells, enabling miniaturization and more compact configuration. Therefore, the direct methanol fuel cell has a merit that it can be widely applied to household, mobile equipment, portable power supply, and military use.
이러한 직접 액체 연료전지 중 메탄올과 물을 혼합 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell)는 전극반응으로서 연료가 산화되는 산화반응(애노드 전극 반응), 및 수소이온과 산소의 환원에 의한 환원반응(캐소드 전극 반응)이 일어난다. 상기 산화반응에서는, 메탄올과 물이 반응하여 이산화탄소, 수소이온, 및 전자가 생성되며, 생성된 수소이온은 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 전달된다. 환원반응에서는, 수소이온, 외부 회로를 통해 전달된 전자, 및 별도로 공급된 산소가 반응하여 물이 생성된다. 따라서, 직접 메탄올 연료전지의 총괄반응은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다.Among these direct liquid fuel cells, a direct methanol fuel cell using methanol and water as a fuel is an oxidation reaction in which a fuel is oxidized as an electrode reaction (an anode electrode reaction) and a reduction in hydrogen ions and oxygen A reduction reaction (cathode electrode reaction) occurs. In the oxidation reaction, methanol and water react with each other to generate carbon dioxide, hydrogen ions, and electrons, and the generated hydrogen ions are transferred to the cathode electrode through the electrolyte membrane. In the reduction reaction, hydrogen ions, electrons transferred through an external circuit, and oxygen supplied separately react to produce water. Thus, the overall reaction of a direct methanol fuel cell is a reaction in which methanol and oxygen react to produce water and carbon dioxide.
한편, 연료전지는 그 구성에 따라 액티브형과 패시브형으로 구분될 수 있다. 액티브형은 연료가 되는 메탄올이나 공기를 펌프 또는 팬을 사용하여 연료전지에 공급 및 순환시키는 방식으로서 구성은 복잡하지만 큰 전력을 쉽게 얻을 수 있는 잇점이 있다. 반면에, 패시브형은 별도의 공급장치를 사용하지 않고 연료와 공기를 모두 대류나 농도 기울기 등을 이용하여 연료전지에 공급하기 때문에 구성이 단순하여 소형화에 적합한 잇점이 있다. 또한, 이러한 패시브형은 이동용 장비용으로 실온에서 운전되며 액티브형에 비해 얻어지는 전력이 작다.On the other hand, the fuel cell can be classified into an active type and a passive type according to its configuration. The active type is a method of supplying and circulating methanol or air as a fuel to a fuel cell by using a pump or a fan, and the configuration is complicated, but it is advantageous that a large power can be easily obtained. On the other hand, the passive type has advantages in that the fuel cell and the air are supplied to the fuel cell by using convection or concentration gradient without using a separate supply device, so that the configuration is simple and suitable for miniaturization. In addition, such a passive type is operated at room temperature for a portable device, and the electric power obtained is smaller than that of the active type.
도 1은 패시브형 연료전지 시스템에서 연료의 순환 및 이산화탄소 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the circulation of fuel and the process of removing carbon dioxide in a passive fuel cell system.
도 1을 참조하면, 패시브형 연료전지 시스템은 막전극접합체(100), 전류집전체(110a, 110b), 캐소드 플레이트(120), 연료 저장층(130), 및 이산화탄소 제거장치(200)를 구비한다. 막전극접합체(100)는 전해질 막(101), 및 이 전해질 막(101)을 사이에 두고 전해질 막(101)의 양면에 각각 밀착되게 배치된 캐소드 전극(102)과 애노드 전극(103)으로 구성된다.1, a passive fuel cell system includes a
도 1을 참조하여 패시브형 직접 메탄올 연료전지 시스템의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.The operation of the passive direct methanol fuel cell system will be described with reference to FIG.
먼저, 연료가 연료 저장층(130)으로부터 애노드 전류집전체(110b)를 통해 애노드 전극(103)으로 공급된다. 애노드 전극(103)에서는 산화반응에 의해 수소이온, 전자, 및 이산화탄소가 발생하게 된다. 발생된 전자는 전류집전체(110a, 110b)를 통해 외부회로(미도시)를 거쳐 캐소드 전극(102)으로 이동하게 되며, 캐소드 전극(102)에서는 전해질 막(101)을 통해 애노드 전극(103)으로부터 이동해 온 수소이온과, 상기 전자 및 산소가 만나 이루어지는 환원 반응에 의해 물이 발생하게 된다.First, fuel is supplied from the
애노드 전극(103)에서 생성된 이산화탄소는 미반응된 메탄올 용액과 함께 이 산화탄소 제거장치(200)로 이동하게 되고 이산화탄소는 기액 분리막(미도시)을 통해 외부로 배출되며 메탄올 용액은 연료 저장층(130)으로 이동하여 계속 순환하게 된다. The carbon dioxide produced in the
상기와 같이, 직접 메탄올 연료전지 시스템은 메탄올 용액이 외부에서 연속적으로 공급되고 이에 따라 발생한 이산화탄소가 연속적으로 제거되어야만 시스템의 성능이 유지될 수 있다. 또한, 휴대형이나 이동형 전원으로 사용되기 위해서는 직접 메탄올 연료전지 시스템이 완전한 밀폐형으로 구성되어야 하며 애노드 전극에서 산화반응에 의해 발생하는 이산화탄소를 회수 및 제거하기 위한 장치가 반드시 필요하게 된다. As described above, the direct methanol fuel cell system can maintain the performance of the system only when the methanol solution is continuously supplied from the outside and the generated carbon dioxide is continuously removed. In addition, in order to be used as a portable or mobile power source, a direct methanol fuel cell system must be completely sealed, and an apparatus for recovering and removing carbon dioxide generated by the oxidation reaction at the anode electrode is indispensable.
일반적으로 이산화탄소 제거장치에는 기체인 이산화탄소와 액체인 메탄올 용액이 함께 유입된 후 내장된 기액 분리막을 통해 서로 분리되어 각각 다른 경로로 배출되게 되는데, 종래의 연료전지 시스템, 즉 이산화탄소 제거장치는 놓여진 위치가 소정 위치로부터 소정 각도 기울어지게 되면 유입된 이산화탄소를 원활하게 배출하지 못하게 되는 문제점이 있다. In general, the carbon dioxide removing device is separated from the gas-liquid separator through the gas-liquid separator after the gas-like carbon dioxide and the liquid methanol-methanol solution are introduced together. The conventional fuel cell system, that is, the carbon dioxide removing device, If the gas is inclined at a predetermined angle from a predetermined position, the introduced carbon dioxide can not be smoothly discharged.
본 발명은 산화반응시 발생하는 이산화탄소를 연료전지가 놓여진 방향에 관계없이 효과적으로 배출할 수 있는 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a direct methanol fuel cell carbon dioxide removing device capable of effectively discharging carbon dioxide generated in an oxidation reaction regardless of the direction in which the fuel cell is placed.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
중공을 가지는 것으로 일면의 적어도 일부분이 개방되고 타면의 적어도 일부분도 개방되거나 타면은 전부 막혀 있으며 상기 중공과 연통되도록 외주면에 복수개의 관통홀이 형성되어 있는 본체;A body having a hollow and at least a part of which is opened, at least a part of the other surface is opened, all surfaces of the other surface are closed, and a plurality of through holes are formed in the outer surface so as to communicate with the hollow;
상기 복수개의 관통홀을 덮도록 상기 본체의 외주면상에 배치된 기액 분리막; 및A gas-liquid separator disposed on an outer circumferential surface of the body so as to cover the plurality of through-holes; And
상기 기액 분리막상에 배치된 메쉬를 구비하는 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치를 제공한다.And a mesh disposed on the gas-liquid separation membrane.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 중공과 연통되도록 상기 본체의 일면 및 타면 각각에, 또는 상기 본체의 일면에 배치된 유입구 및 유출구를 더 구비한다.According to an embodiment of the present invention, an inlet and an outlet are disposed on one side and the other side of the body, respectively, or on one side of the body so as to communicate with the hollow.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 유입구 및 상기 유출구의 내부 폭은 상기 중공의 폭 보다 좁다.According to another embodiment of the present invention, the inner width of the inlet and the outlet are narrower than the width of the hollow.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 기액 분리막은 복수개의 기공이 형성되어 있는 다공성 막이다.According to another embodiment of the present invention, the gas-liquid separation membrane is a porous membrane having a plurality of pores formed therein.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 기액 분리막의 기공은 0.1 내지 10㎛ 크기의 직경을 갖는다.According to another embodiment of the present invention, the pores of the gas-liquid separation membrane have a diameter ranging from 0.1 to 10 mu m.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 기액 분리막은 소수성 고분자 막이다.According to another embodiment of the present invention, the gas-liquid separator is a hydrophobic polymer membrane.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 본체는 대응하는 두 밑면 각각의 적어도 일부분이 개방되거나 상기 두 밑면 중 어느 한 밑면의 적어도 일부분은 개방되고 다른 한 밑면은 전부 막힌 원통형, 삼각통형, 사각통형, 오각통형, 육각통형, 또는 팔각통형이다.According to another embodiment of the present invention, at least a part of each corresponding bottom surface is opened or at least a part of the bottom surface of each of the two bottom surfaces is opened and the other bottom surface is covered with a cylindrical, triangular, , A pentagonal cylinder, a hexagonal cylinder, or an octagonal cylinder.
또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,According to another aspect of the present invention,
상기 구현예들 중 어느 한 구현예에 따른 이산화탄소 제거장치를 적어도 하나 구비한 연료전지를 제공한다.There is provided a fuel cell having at least one carbon dioxide removing device according to any one of the above embodiments.
본 발명에 의하면, 산화반응시 발생하는 이산화탄소를 연료전지가 놓여진 방향에 관계없이 효과적으로 배출할 수 있는 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치가 제공될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a direct methanol fuel cell carbon dioxide removing device capable of effectively discharging carbon dioxide generated during an oxidation reaction regardless of the direction in which the fuel cell is placed.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치에 관하여 상세히 설명한다. Next, a carbon dioxide removing apparatus for a direct methanol fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치의 일단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A'를 절취하여 도시한 단면도이고, 도 4는 도 2의 이산화탄소 제거장치 중 본체만을 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 5는 도 2의 이산화탄소 제거장치를 도시한 사시도이다.2 is a cross-sectional view of the apparatus for removing carbon dioxide for a direct methanol fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 2, FIG. 5 is a perspective view showing the carbon dioxide removing device of FIG. 2. FIG.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 한 구현예에 따른 이산화탄소 제거장치(200)는 본체(201), 기액 분리막(210), 및 메쉬(mesh)(220)를 구비한다.2 to 5, an
본체(201)는 중공(hollow)을 갖는 것으로 일면의 적어도 일부분 및 타면의 적어도 일부분이 개방되어 있으며 상기 중공과 연통되도록 외주면에 복수개의 관통홀(201a)이 형성되어 있다. 구체적으로, 본체(201)는 대응하는 두 밑면 각각의 적어도 일부분이 개방된 원통형, 삼각통형, 사각통형, 오각통형, 육각통형, 또는 팔각통형 등일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여기에서는 비록 도시되지 않았지만, 상기 본체는 대응하는 두 밑면 중 어느 한 밑면의 적어도 일부분은 개방되고 다른 한 밑면은 전부 막힌 원통형, 삼각통형, 사각통형, 오각통형, 육각통형, 또는 팔각통형 등일 수도 있다.The
또한, 본체(201)의 외주면에는 후술하는 기액 분리막(210) 및 메쉬(220)를 수용하는 본체 홈(201b)이 본체(201)를 360˚둘러싸도록 형성된다. 그러나, 이러한 본체 홈(201b)이 반드시 필요한 것은 아니므로 생략되어도 무방하다.A
또한, 본체(201)의 일면에는 연료전지 스택(미도시)에서 배출된 이산화탄소 및 미반응된 메탄올 용액이 유입되는 유입구(201c)가 설치되고, 타면에는 이산화탄소가 제거된 상태의 메탄올 용액이 유출되는 유출구(201d)가 설치된다. 그러나, 상기 본체가 원통형 등으로 형성되고 이 원통형 본체의 대응하는 두 밑면 중 어느 한 밑면의 적어도 일부분이 개방되고 다른 한 밑면은 전부 막힌 경우에는 상기 유입구 및 유출구는 중공과 연통되도록 원통형 본체의 개방된 일면에만 설치될 수도 있다. An
또한, 유입구(201c) 및/또는 유출구(201d)의 내부 폭(W201c)은 액체인 연료와 기체인 이산화탄소의 층 분리가 일어날 공간을 확보하여 기액 분리를 용이하게 하도록 중공의 폭(Wh) 보다 좁은 것이 바람직하다. 구체적으로, 유입구(201c) 및/또는 유출구(201d)의 내부 폭(W201c)은 중공의 폭(Wh) 보다 약 1 내지 10배 작은 것이 바람직하다. In addition, the inlet (201c) and / or outlet (201d) inside width (W 201c) of the width of the hollow fiber to facilitate gas-liquid separation to make room occur phase separation of the carbon dioxide in the liquid fuel and gas (W h) It is preferable to be narrower. Specifically, the inner width W 201c of the
기액 분리막(210)은 메탄올 용액의 투과는 억제하고 이산화탄소의 배출은 원활하게 함으로써 이산화탄소를 선택적으로 투과시키는 막으로서 복수개의 관통홀(201a)을 덮도록 본체(201)의 외주면상에 배치된다. 구체적으로, 본 구현예에서는 기액 분리막(210)이 본체 홈(201b)에 수용되도록 본체(201)의 외주면상에 배치된다. 이러한 기액 분리막(210)은 복수개의 기공이 형성되어 있는 다공성 막이다. 또한, 상기 기공은 0.1 내지 10㎛ 크기의 직경을 갖는 것이 바람직하고, 0.5 내지 10㎛ 크기의 직경을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 상기 기공의 직경이 0.5㎛ 미만이면 이산화탄소의 배출이 용이하지 않아서 압력 증가로 연료전지의 성능이 저하될 우려가 있고, 10㎛를 초과할 경우에는 메탄올 용액이 이산화탄소와 함께 상기 기공으로 누출될 우려가 있다.The gas-
또한, 기액 분리막(210)은 소수성 고분자 막인 것인 바람직하다. 이러한 기액 분리막(210)으로는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 플루오로에틸렌프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 및 플루오로에틸렌 폴리머 등이 사용될 수 있다.Also, it is preferable that the gas-
메쉬(220)는 기액 분리막(210)상에 배치되어 외부 물체와의 접촉 또는 장치(200)의 내부 압력 증가로 인한 기액 분리막(210)의 손상을 방지하여 주는 역할을 수행한다. 이러한 메쉬(220)의 크기 및 그 두께는 기액 분리막(210)의 손상을 방지할 수 있는 한 특별히 한정되지는 않지만, 메쉬(220)의 두께는 본체 홈(201b)내에 완전히 수용될 수 있는 정도로 제한되는 것이 바람직하다.The
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 이산화탄소 제거장치의 작동 및 그 효과를 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effect of the carbon dioxide removing device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.
먼저, 연료전지 스택(미도시)으로부터 배출된 이산화탄소와 미반응된 메탄올 용액이 유입구(201c)로 유입된다. First, the carbon dioxide discharged from the fuel cell stack (not shown) and the unreacted methanol solution are introduced into the
유입 후, 이산화탄소는 이산화탄소 제거장치(200)가 놓여진 위치와는 관계없이 메탄올 용액 보다 밀도가 낮으므로 중력방향과 반대방향으로 이동하게 되고 메탄올 용액은 중력방향으로 이동하게 된다. 그런데, 기액 분리막(210)은 본체(201)의 외주면을 360˚감싸도록 배치되어 있으므로, 이산화탄소 제거장치(200)가 어느 방향으로 놓여지더라도 그 적어도 일부분은 이산화탄소와 접촉한 상태로 있게 되고, 이에 따라 이산화탄소가 기액 분리막(210)을 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있게 된다. 외부로 배출된 이산화탄소는 대기중으로 그대로 방출되거나 별도의 포집장치로 유입된다. After the introduction, the carbon dioxide moves in the direction opposite to the direction of gravity because the density of the carbon dioxide is lower than that of the methanol solution regardless of the position where the carbon
한편, 유입된 메탄올 용액은 이산화탄소가 제거된 상태로 유출구(201d)를 통해 연료전지 스택으로 재유입되게 된다.Meanwhile, the introduced methanol solution is re-introduced into the fuel cell stack through the
상기와 같은 구성을 갖는 이산화탄소 제거장치는 그 크기나 개수가 특별히 한정되는 것은 아니며, 이를 채용한 직접 메탄올 연료전지 시스템에서 요구되는 전력밀도에 따른 이산화탄소 배출량을 고려하여 1개가 단독으로 사용되거나, 또는 2 개 이상이 직렬 또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다.The size and the number of the carbon dioxide removing apparatus having the above-described configuration are not particularly limited. One of them may be used alone, or in consideration of the amount of carbon dioxide discharged according to the power density required by the direct methanol fuel cell system More than one can be connected in series or in parallel.
이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
실시예 1: 시간에 따른 전력밀도 변화 시험Example 1: Time-dependent power density change test
직접 메탄올 연료전지는 도 2의 이산화탄소 제거장치를 연결한 도 1에 도시된 바와 같은 연료전지 시스템을 사용하였다. 연료전지의 막-전극 접합체(100)는 당해 기술분에서 알려진 통상의 방법을 사용하여 제조하였으며, 애노드 촉매로는 동진쎄미켐에서 제조한 백금-루테늄 합금촉매를 사용하였고, 캐소드 촉매로는 동진쎄미켐에서 제조한 백금-코발트 촉매를 사용하였다. 고분자 전해질막(101)으로는 Dupont사의 나피온 211를 사용하였다. 전극 지지체(미도시)로는 SGL사의 24AA(애노드), 24BC(캐소드)를 사용하였으며 전극면적은 4.84cm2이었다. 막-전극 접합체(100)의 제조를 위해 110℃에서 3분 동안 열압착 공정을 수행하였다. 기액 분리막으로는 3㎛ 직경의 기공 크기를 갖는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌을 사용하였으며, 제작된 기액 분리막의 면적은 4cm2이었다. The direct methanol fuel cell used a fuel cell system as shown in Fig. 1 connecting the carbon dioxide removal device of Fig. The membrane-
상기 연료전지 시스템을 운전하여 시간에 따른 전류밀도의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다. 상기 연료전지 시스템의 운전시 1시간 동안 700mA의 전류를 인가하였다. 또한, 사용된 메탄올 용액의 농도는 2.5M이었으며 10분 주기로 전류의 온-오프(on-off) 작동을 반복하였다. The change in current density with time was measured by operating the fuel cell system, and the results are shown graphically in FIG. During the operation of the fuel cell system, a current of 700 mA was applied for 1 hour. In addition, the concentration of the used methanol solution was 2.5M and the on-off operation of the current was repeated at a cycle of 10 minutes.
도 6을 참조하면, 1시간 동안 전력밀도가 거의 일정하게 유지되었음을 확인할 수 있다. 즉, 상기 결과로부터 연료전지 시스템의 성능이 1시간 동안 일정하게 유지되었음을 알 수 있으며, 이는 결국 이산화탄소 제거장치로부터 이산화탄소가 원활하게 배출되었음을 증명하는 것이다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the power density was maintained almost constant for 1 hour. That is, from the above results, it can be seen that the performance of the fuel cell system is maintained constant for one hour, which proves that carbon dioxide is smoothly discharged from the carbon dioxide removing device.
한편, 기액 분리막을 통한 메탄올 용액의 누수 발생 여부를 관찰하였으나, 이러한 누수 발생은 없는 것으로 확인되었다.On the other hand, although it was observed whether or not the methanol solution was leaked through the gas-liquid separation membrane, it was confirmed that no leakage occurred.
실시예 2: 기액 분리막의 면적에 따른 전류밀도의 변화 시험Example 2: Change in current density according to area of gas-liquid separation membrane
실시예 1에서와 같은 연료전지 시스템에서 기액 분리막의 크기를 4, 8, 12, 및 16cm2로 순차적으로 늘리고 이에 따른 전력밀도를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 그래프로 나타내었다.The size of the gas-liquid separator was sequentially increased to 4, 8, 12, and 16 cm 2 in the same fuel cell system as in Example 1. The power density was measured in the same manner as in Example 1, Respectively.
도 7을 참조하면, 기액 분리막의 면적이 증가할수록 이에 비례하여 전력밀도도 증가함을 확인할 수 있다. 이 결과로부터 기액 분리막의 면적이 증가할수록 이산화탄소의 배출량이 증가된다는 사실을 알 수 있다. 따라서, 이산화탄소 제거장치 제조시 기액 분리막의 면적을 가능한한 크게 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7, it can be seen that as the area of the gas-liquid separator increases, the power density increases proportionally. From these results, it can be seen that as the area of the gas-liquid separation membrane increases, the amount of carbon dioxide emissions increases. Therefore, it is preferable to make the area of the gas-liquid separation membrane as large as possible in the production of the carbon dioxide removing device.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, There will be. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.
도 1은 패시브형 연료전지 시스템에서 연료의 순환 및 이산화탄소 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the circulation of fuel and the process of removing carbon dioxide in a passive fuel cell system.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치의 일단면도이다.2 is a cross-sectional view of an apparatus for removing carbon dioxide for a direct methanol fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 A-A'를 절취하여 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig.
도 4는 도 2의 이산화탄소 제거장치 중 본체만을 발췌하여 도시한 사시도이다.FIG. 4 is a perspective view showing only the main body of the carbon dioxide removing device of FIG. 2; FIG.
도 5는 도 2의 이산화탄소 제거장치를 도시한 사시도이다.5 is a perspective view showing the carbon dioxide removing device of FIG. 2. FIG.
도 6은 도 2의 구성을 갖는 이산화탄소 제거장치를 채용한 직접 메탄올 연료전지를 운전할 경우에 있어서 시간에 따른 전류밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing changes in current density with time in the operation of a direct methanol fuel cell employing the carbon dioxide removing device having the configuration of FIG. 2. FIG.
도 7은 도 2의 구성을 갖는 이산화탄소 제거장치를 채용한 직접 메탄올 연료전지를 운전할 경우에 있어서 기액 분리막의 면적에 따른 전류밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing changes in current density according to the area of the gas-liquid separator when the direct methanol fuel cell employing the carbon dioxide removing device having the structure of FIG. 2 is operated.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
100: 막전극접합체 101: 고분자 전해질 막100: Membrane Electrode Assembly 101: Polymer Electrolyte Membrane
102: 캐소드 전극 103: 애노드 전극102: cathode electrode 103: anode electrode
110a: 캐소드 전류집전체 110b: 애노드 전류집전체110a: cathode
120: 캐소드 플레이트 130: 연료 저장층120: cathode plate 130: fuel storage layer
200: 이산화탄소 제거장치 201: 본체200: carbon dioxide removing device 201:
201a: 관통홀 201b: 본체 홈201a: Through
201c: 유입구 201d: 유출구201c:
210: 기액 분리막 220: 메쉬210: gas-liquid separator 220: mesh
Claims (8)
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US20030162063A1 (en) | 2002-02-27 | 2003-08-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system, and method of protecting a fuel cell from freezing |
WO2007052704A1 (en) | 2005-11-02 | 2007-05-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell |
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2008
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