KR102484500B1 - Micro fluidic fuel cell and method to manufacture thereof - Google Patents

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Abstract

연료전지의 장시간 구동 시 발생하는 전기적 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제어방법이 제공된다. 마이크로 유체 연료전지는, 본체부와, 본체부 상면에 마련되는 감광부와, 유체가 유동하는 메인유로를 포함하여 감광부에 형성되는 마이크로 채널과, 감광부에 메인유로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부와, 메인유로와 유체유입방지부를 연결하도록 감광부 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부를 포함한다. A microfluidic fuel cell and a control method thereof for minimizing electrical noise generated when the fuel cell is driven for a long time are provided. A microfluidic fuel cell includes a main body, a photosensitive unit provided on an upper surface of the body, a microchannel formed in the photosensitive unit including a main flow path through which fluid flows, and a pair of fluid formed in the photosensitive unit spaced apart from the main flow path. It includes an inflow prevention unit and a pair of electrode parts printed on the upper surface of the photosensitive unit to connect the main flow path and the fluid inflow prevention unit.

Description

마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법{Micro fluidic fuel cell and method to manufacture thereof}Micro fluidic fuel cell and method to manufacture the same

본 발명은 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 연료전지의 장시간 구동 시 발생하는 전기적 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic fuel cell and a manufacturing method thereof, and relates to a microfluidic fuel cell and a manufacturing method thereof for minimizing electrical noise generated when the fuel cell is operated for a long time.

미생물 연료전지는 오수나 폐수 등에 포함된 유기물 화학에너지를 미생물을 촉매로 하여 전기에너지로 변환하는 전지로, 미생물이 유기물을 산화시켜 발생하는 전자와 수소이온이 양극과 음극을 오가며 물과 전기를 생성한다. 미생물 연료전지는 유기물이 포함된 환경 폐기물을 처리하면서 전기를 생산할 수 있다는 점에서 그린 에너지 기술로 주목받고 있다.A microbial fuel cell is a battery that converts the chemical energy of organic substances contained in sewage or wastewater into electrical energy using microorganisms as catalysts. do. Microbial fuel cells are attracting attention as a green energy technology in that they can produce electricity while treating environmental waste containing organic matter.

종래의 미생물 연료전지는 양성자 교환막을 통하여 전자 수용체로 전자를 이동시키고, 대부분의 미생물 연료전지에는 버퍼(buffer)를 양극(anode) 전극 위 reservoir에 1회 주입하는 batch 타입의 구조를 가지고 있다. 이외에 다양한 타입의 연료전지가 개발되고 있으며, Graphite 전극 및 양성자 교환막을 사용하는 Batch형 구조와, Catbon Cloth 전극 및 양성자 교환막을 사용한 Continuous Flow 구조와, Folding을 활용한 stack이 가능한 구조와, Batch형 구조에 Carbon Cloth 전극 및 양성자 교환막을 사용하고 4층의 다중 양극 전극을 사용하여 미생물의 접종량을 늘린 구조의 연료전지가 존재한다.Conventional microbial fuel cells have a batch type structure in which electrons are transferred to electron acceptors through a proton exchange membrane, and a buffer is injected once into a reservoir on an anode electrode in most microbial fuel cells. In addition, various types of fuel cells are being developed, such as batch-type structures using graphite electrodes and proton exchange membranes, continuous flow structures using Catbon cloth electrodes and proton exchange membranes, stackable structures using folding, and batch-type structures. There is a fuel cell with a structure in which the amount of inoculation of microorganisms is increased by using a carbon cloth electrode and a proton exchange membrane and using a 4-layer multi-anode electrode.

그러나, Batch 타입의 연료전지는 유체를 저장하는 reservoir가 채널의 역할을 하고 있으며, 양극 전극, 음극 전극, reservoir, 양성자 교환막의 구조로 최소한 4층의 다층구조를 이루나, 이를 하나로 결합하기 위하여 볼트나 테이프를 이용한 체결이 불가피하여 제품의 양산 과정에서 대량생산이 불가능한 문제가 있다. 또한, Batch 타입의 연료전지는 전자이동을 위한 양성자 교환막 사용으로 인해, 양성자 교환막 수화상태 유지, 파선, 제작단가 상승 등과 같은 문제가 발생하며, 장시간 구동하게 될 경우 외부연결전극과의 유체 반응으로 인한 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 문제가 있다. 아울러, 인렛(inlet) 연장부와 흡수패드를 수작업으로 제작하고 연료전지 본체와 연결하는 등의 수작업이 많아지면서 연료전지의 재현성이 감소하고, 장시간 구동 시 양극 전극과 음극 전극의 주입 및 배출이 원활하지 못하는 문제가 발생하였다.However, in the batch type fuel cell, the reservoir that stores fluid serves as a channel, and the anode electrode, cathode electrode, reservoir, and proton exchange membrane form a multi-layered structure of at least four layers, but bolts or There is a problem in that mass production is impossible in the process of mass production of products because fastening using tape is inevitable. In addition, the batch type fuel cell has problems such as maintenance of hydration of the proton exchange membrane, broken lines, and increase in manufacturing cost due to the use of a proton exchange membrane for electron transfer. There is a problem that electrical noise (Noise) occurs. In addition, as manual work such as manufacturing inlet extensions and absorption pads by hand and connecting them to the fuel cell body increases, the reproducibility of the fuel cell decreases, and the injection and discharge of the anode and cathode electrodes are smooth during long-term operation. There was a problem that couldn't be done.

따라서, 위와 같은 종래의 연료전지로부터 발생하는 문제를 해결할 수 있는 연료전지를 필요로 하였다.Therefore, there is a need for a fuel cell capable of solving the above problems arising from conventional fuel cells.

대한민국 등록특허 제10-1633526호("마이크로 유체 연료전지 및 그의 제조 방법", 한양대학교 에리카산학협력단, 2016. 06. 20)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1633526 ("Microfluid Fuel Cell and Manufacturing Method thereof", Erika Industry-Academic Cooperation Foundation, Hanyang University, 2016. 06. 20)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 연료전지의 장시간 구동 시 발생하는 전기적 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. A technical problem to be achieved by the present invention is to solve these problems, and relates to a microfluidic fuel cell and a manufacturing method thereof for minimizing electrical noise generated during long-term operation of the fuel cell.

본 발명의 마이크로 유체 연료전지는, 본체부와, 상기 본체부 상면에 마련되는 감광부와, 유체가 유동하는 메인유로를 포함하여 상기 감광부에 형성되는 마이크로 채널과, 상기 감광부에 상기 메인유로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부와, 상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부를 포함한다.The microfluidic fuel cell of the present invention includes a body, a photosensitive unit provided on an upper surface of the body, and a micro channel formed in the photosensitive unit including a main flow path through which fluid flows, and the main flow path in the photosensitive unit. and a pair of fluid inflow prevention parts spaced apart from each other, and a pair of electrode parts printed on an upper surface of the photosensitive part to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part.

상기 마이크로 채널은, 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부를 포함할 수 있다.The microchannel may include a plurality of inlets through which fuel and oxidizer are introduced.

상기 메인유로는 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 형성될 수 있다.The main flow path may be formed such that an interval increases along a flow direction of the fluid.

상기 전극부는 상기 유체의 유동방향을 기준으로 상기 메인유로의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 형성될 수 있다.The electrode part may be formed along an edge of the main flow path based on the flow direction of the fluid, so that a distance between the electrode parts increases.

상기 마이크로 채널은, 상기 메인유로로부터 상기 유체유입방지부 방ㅎ향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 더 포함할 수 있다. The microchannel may further include a pair of microchannels formed by a predetermined distance from the main channel toward the fluid inflow prevention unit.

상기 유체유입방지부와 상기 미세유로 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 더 포함할 수 있다.It may further include a hydrophobic part provided in a protruding shape between the fluid inflow prevention part and the microchannel.

본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법은, 본체부를 형성하는 (a) 단계와, 상기 본체부 상부에 감광부를 마련하는 (b) 단계와, 상기 감광부에 유체가 유동하는 메인유로를 포함하는 마이크로 채널과, 상기 메인유로로부터 이격 형성된 유체유입방지부를 형성하는 (c) 단계와, 상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 전극부를 인쇄하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a microfluidic fuel cell of the present invention includes the step (a) of forming a body, the step of (b) providing a photosensitive unit on top of the body, and a main flow path through which fluid flows in the photosensitive unit. (c) forming a microchannel and a fluid inflow prevention part spaced apart from the main flow passage; and printing an electrode part on an upper surface of the photosensitive part to connect the fluid inflow prevention part to the main flow passage.

상기 (c) 단계는, 상기 감광부에 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부가 형성된 상기 마이크로 채널을 형성할 수 있다.In the step (c), the microchannel having a plurality of inlets through which fuel and oxidizer are introduced into the photosensitive unit may be formed.

상기 (c) 단계는, 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 상기 메인유로를 형성할 수 있다. In the step (c), the main flow path may be formed such that an interval increases along the flow direction of the fluid.

상기 (d) 단계는, 상기 메인유로를 따라 상기 전극부를 인쇄하여, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 상기 전극부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step (d) may further include forming the electrode parts by printing the electrode parts along the main flow path to increase a distance between the electrode parts.

상기 (c) 단계는, 상기 메인유로에서 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 상기 감광부를 미리 제거하여 미세유로를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step (c) may further include forming a microchannel by previously removing the photosensitive unit by a preset distance from the main channel toward the fluid inflow prevention unit.

상기 (c) 단계는, 상기 감광부의 일부분이 제거된 상기 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 상기 본체부를 가열 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step (c) may further include exposing the body portion from which a portion of the photosensitive portion is removed, and heating and drying the exposed body portion.

상기 본체부를 가열 건조하는 단계는, 상기 미세유로와 상기 유체유입방지부 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 고정시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of heating and drying the body part may be characterized by fixing a hydrophobic part provided in a protruding shape between the microchannel and the fluid inflow prevention part.

상기 (c) 단계는, 상기 메인유로로부터 상기 유체유입부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 형성하고, 상기 유체유입방지부를 상기 미세유로로부터 이격시킬 수 있다.In the step (c), a pair of micro-channels formed by a predetermined distance from the main flow path toward the fluid inlet may be formed, and the fluid inflow prevention unit may be spaced apart from the micro-channel.

상기 (c) 단계 이후에, MWCNT와 질산 및 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 전극부 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step (c), a step of purifying and filtering a mixed solution of MWCNTs, nitric acid, and sulfuric acid to form an electrode mixture solution may be further included.

본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법은, 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지하고 연료전지를 장시간 구동할 수 있다.The microfluidic fuel cell and method of manufacturing the same according to the present invention prevent fluid from flowing into externally connected electrodes, thereby preventing electrical noise from occurring and driving the fuel cell for a long time.

또한, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법은 종이 기반으로 제작하여 제작 비용이 저렴하며, 전기에너지 생성 과정 중 이산화탄소가 발생하지 않고 폐수 속에 존재하는 유기물을 분해할 뿐만 아니라 전기에너지를 생성하여 친환경적인 장점이 있다. In addition, the microfluidic fuel cell and its manufacturing method of the present invention are paper-based, so the manufacturing cost is low, and carbon dioxide is not generated during the electrical energy generation process. It has eco-friendly benefits.

또한, 본 발명은 종이기반으로 제작하되, 연료전지 본체, 흡수부재 및 전극을 일체화 형성되는구조로 제작되어 제품 양산 과정에서 대량생산이 가능한 특징이 있다.In addition, the present invention is produced in a paper-based structure, but is manufactured in a structure in which the fuel cell body, the absorbing member, and the electrode are integrally formed, so that mass production is possible in the product mass production process.

또한, 본 발명은 내부저항을 줄이고 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도가 향상되어 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention reduces the internal resistance and increases the supply amount of the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte), thereby improving the duration, current density, and power density, thereby improving performance.

또한, 본 발명은 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 다벽산소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano-Tube, MWCNT)를 인쇄하여 탄소기반전극을 형성하여 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.In addition, the present invention forms a carbon-based electrode by printing Multi-Walled Carbon Nano-Tube (MWCNT) using a screen printing technique to form a gap between the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte). There is an advantage that a proton exchange membrane is unnecessary by forming a liquid-liquid interface.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 전극부가 제거된 도면이다.
도 4는 도 3의 일부분을 확대 도시한 부분확대사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 8은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 OCV에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 전력밀도에 대한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 측정 그래프이다.
도 11은 마이크로 유체 연료전지의 지속시간 측정 그래프이다.
도 12는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명의 본체부의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 전극부의 혼합액을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 본체부에 전극부를 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along line AA.
3 is a view in which the electrode part of the microfluidic fuel cell according to the first embodiment of the present invention is removed.
FIG. 4 is a partially enlarged perspective view illustrating a portion of FIG. 3 enlarged.
5 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
7 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a graph of current density and OCV according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention.
9 is a graph of current density and power density according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention.
10 is an EIS measurement graph according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention.
11 is a graph of duration measurement of a microfluidic fuel cell.
12 is a flow chart of a method for manufacturing a microfluidic fuel cell according to the present invention.
13 is a view for explaining a manufacturing method of the body part of the present invention.
14 is a view for explaining a method for preparing a liquid mixture of an electrode part of the present invention.
15 is a view for explaining a method of printing an electrode part on a body part of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete and those skilled in the art in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the invention is defined only by the claims. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

이하, 도 1 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 15 .

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 구체적으로 설명하고, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 구체적으로 설명하고, 도 8 내지 도 11의 그래프를 참조하여 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 성능과 관련하여 구체적으로 설명한 후에, 도 12 내지 도 15의 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.A microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4, and a microfluidic fuel cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7 After a detailed description and detailed description of the performance of the microfluidic fuel cell of the present invention with reference to the graphs of FIGS. 8 to 11, the manufacturing method of the microfluidic fuel cell of the present invention shown in FIGS. 12 to 15 Please explain in detail.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이고, 도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 전극부가 제거된 도면이고, 도 4는 도 3의 일부분을 확대 도시한 부분확대사시도이다.1 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along line A-A, and FIG. 3 is a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention. It is a drawing in which the electrode part is removed, and FIG. 4 is a partially enlarged perspective view showing a part of FIG. 3 enlarged.

본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 미생물을 촉매로 사용하여, 미생물이 유기물(전자공여체)를 분해하는 과정을 통해 전자수용체로 보내면서 전위차를 만들어 전기에너지를 생산하는 전력 생산 시스템이다. 마이크로 유체 연료전지(1)는 전기에너지 생산 과정 중 이산화탄소를 배출하지 않으며, 환경 폐기물 속 존재하는 유기물을 분해하는 동시에 전기에너지를 생산하여 친환경적인 특징이 있다. The microfluidic fuel cell 1 of the present invention is a power generation system that uses microorganisms as catalysts to generate electric energy by generating a potential difference while sending electrons to an acceptor through a process in which the microorganisms decompose organic matter (electron donor). The microfluidic fuel cell 1 does not emit carbon dioxide during the electrical energy production process, and has eco-friendly characteristics by decomposing organic matter present in environmental waste and producing electrical energy at the same time.

일반적으로 마이크로 유체 연료전지는 외부연결전극의 연결로 인하여 전기적 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 이와 같은 전기적 노이즈 발생을 방지하기 위하여 본체부(10)의 상면에 형성되는 유체유입방지부(30)의 구조를 포함할 수 있다. 유체유입방지부(30)는 전극부(50)에 유체가 유입되어 발생하는 전기적 노이즈 현상을 방지할 수 있다. In general, microfluidic fuel cells have a problem in that electrical noise is generated due to the connection of external connection electrodes. The microfluidic fuel cell 1 of the present invention may include a structure of a fluid inflow prevention part 30 formed on the upper surface of the body part 10 in order to prevent such electrical noise from occurring. The fluid inflow prevention unit 30 may prevent an electrical noise phenomenon generated when fluid flows into the electrode unit 50 .

또한, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 종이 기반으로 제작되어 친환경적이며 제작 비용이 저렴한 특징이 있다. 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와 흡수부재 및 전극부(50)가 일체로 이루어진 단층 구조로 제작되어 제작되어 제품 양산 과정에서 대량 생산이 가능한 특징이 있다. In addition, the microfluidic fuel cell 1 of the present invention is eco-friendly because it is made of paper and has low manufacturing cost. The microfluidic fuel cell 1 has a single-layer structure in which the main body 10, the absorption member, and the electrode 50 are integrally manufactured, so that it can be mass-produced during mass production.

아울러, 본 발명의 전극부(50)는 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 본체부(10)의 상면에 형성된 탄소기반의 전극부(50)를 포함한다. 이와 같은 전극부(50)는 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.In addition, the electrode part 50 of the present invention includes a carbon-based electrode part 50 formed on the upper surface of the body part 10 by a screen printing technique. The electrode unit 50 as described above has an advantage of not requiring a proton exchange membrane by forming a liquid-liquid interface between the anode electrode (anolyte) and the cathode electrode (catholyte).

이하, 위와 같은 특징을 나타낼 수 있는 본 발명의 구조 및 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure and manufacturing method of the present invention that can exhibit the above characteristics will be described in detail.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와, 마이크로 채널(20)과, 유체유입방지부(도 3의 30참조)와, 전극부(50)를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와, 본체부(10) 상면에 마련되는 감광부(60)와, 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하여 감광부(60)에 형성되는 마이크로 채널(20)과, 감광부(60)에 메인유로(22)로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부(30)와, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부(50)를 포함한다.1 and 2, the microfluidic fuel cell 1 of the present invention includes a body part 10, a micro channel 20, a fluid inflow prevention part (see 30 in FIG. 3), an electrode part ( 50) included. Specifically, the microfluidic fuel cell 1 of the present invention includes a main body 10, a photosensitive unit 60 provided on the upper surface of the body 10, and a main flow path 22 through which fluid flows. A microchannel 20 formed in the miner 60, a pair of fluid inflow prevention parts 30 formed in the photosensitive unit 60 and spaced apart from the main flow passage 22, and fluid inflow prevention between the main flow passage 22 It includes a pair of electrode parts 50 printed on the upper surface of the photosensitive part 60 to connect the parts 30 to each other.

본체부(10)는 마이크로 유체 연료전지(1)의 하우징을 형성하는 것으로, 모세관현상에 의해 유체의 흡수가 가능한 종이 재질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로, 본체부(10)는 두께가 180um이고 공극의 크기가 11um로 이루어진 와트만지로 제작되어 마이크로 유체 연료전지(1)의 기판을 형성할 수 있다. The main body 10 forms the housing of the microfluidic fuel cell 1, and may be made of a paper material capable of absorbing fluid by capillarity. As an example, the main body 10 may be made of Whatman paper having a thickness of 180 um and a pore size of 11 um to form a substrate of the microfluidic fuel cell 1 .

감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 감광제가 도포되어 형성될 수 있다. 감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 마련되어 하나의 층을 형성하는 것으로, 본체부(10)의 상면에 SU8-3035(MicroChem, USA)가 도포되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 공지된 감광제 또는 추후 기술의 개발된 감광제를 이용하여 형성될 수 있다.The photosensitive unit 60 may be formed by coating a photosensitive agent on the upper surface of the body unit 10 . The photosensitive unit 60 is provided on the upper surface of the body unit 10 to form one layer, and may be formed by coating SU8-3035 (MicroChem, USA) on the upper surface of the body unit 10, but is limited thereto It is not, and may be formed using a known photosensitizer or a photosensitizer developed in a later technology.

감광부(60)를 식각 또는 제거를 통하여, 마이크로 채널(20)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 감광부(60)의 식각을 통해 유체가 유입되는 유입부(21), 유체가 유동하는 메인유로(22), 유체가 미세하게 유동하는 미세유로(23), 유체의 유입을 방지하는 유체유입방지부(30) 등이 형성될 수 있으며, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)의 형성으로 유체의 유입을 방지하는 소수성부(40) 등이 형성될 수 있다. A microchannel 20 may be formed by etching or removing the photosensitive portion 60 . Specifically, the inlet 21 through which the fluid flows through the etching of the photosensitive unit 60, the main flow path 22 through which the fluid flows, the micro flow path 23 through which the fluid minutely flows, A fluid inflow prevention unit 30 or the like may be formed, and a hydrophobic unit 40 or the like that prevents fluid inflow by forming the microchannel 23 and the fluid inflow prevention unit 30 may be formed.

전극부(50)는 메인유로(22), 미세유로(도 3의 23참조), 소수성부(도 4의 40참조), 유체유입방지부(도 3의 30참조)를 연결하며 형성될 수 있으며, 전극부 혼합액을 인쇄하는 형태로 형성될 수 있다.The electrode unit 50 may be formed by connecting the main flow path 22, the micro flow path (see 23 in FIG. 3 ), the hydrophobic unit (see 40 in FIG. 4 ), and the fluid inflow prevention unit (see 30 in FIG. 3 ). , It may be formed in the form of printing the electrode mixture solution.

마이크로 채널(20)은 본체부(10)의 상면에 일단부로부터 유입되는 유체의 유동경로를 형성하는 것으로, 본체부(10) 상면에 마련되는 감광부(60)를 식각 또는 제거하여 형성될 수 있다. The microchannel 20 forms a flow path of fluid flowing from one end on the upper surface of the main body 10, and may be formed by etching or removing the photosensitive unit 60 provided on the upper surface of the main body 10. there is.

마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제 등의 유체가 유입되는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와, 하나의 메인유로(22)를 포함한다. 이때, 복수의 유입부(21a, 21b)의 일단은 서로 이격되어 형성되며, 복수의 유입부(21a, 21b)의 타단은 메인유로(22)의 일단과 연결되도록 형성될 수 있다. The microchannel 20 includes a pair of inlets 21a and 21b through which fluids such as fuel and oxidant are introduced, and one main flow path 22 . At this time, one end of the plurality of inlets 21a and 21b may be formed to be spaced apart from each other, and the other ends of the plurality of inlets 21a and 21b may be formed to be connected to one end of the main flow path 22 .

한 쌍의 유입부(21a, 21b)는 입구단이 서로 이격된 형태이나 끝단부가 메인유로(22)에 연결되도록 'Y'자 형상으로 마련될 수 있다. 유입부(21)는 입구단이 연장 형성되어 한 쌍이 서로 평행하고 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 유입부(21a, 21b)는 서로 평행하게 형성되는 일부분이 굴절되어 수렴하는 나머지 부분보다 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 유입부(21)는 연장 형성되어 서로 평행한 일부분이 30mm의 길이를 가지도록 형성되고, 굴절되어 수렴하는 나머지 부분이 17mm 정도의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 수렴하는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)의 일부분의 직경은 2.5mm로 이루어질 수 있으며, 이로부터 하나의 유로를 형성하는 메인유로(22)의 길이와 직경은 각각 18mm와 5mm로 형성될 수 있다. The pair of inlets 21a and 21b may have inlet ends spaced apart from each other, but may be provided in a 'Y' shape so that their ends are connected to the main flow path 22 . The inlet portion 21 may be formed so that the inlet end is extended so that a pair of inlet portions are parallel and symmetrical to each other. Inlet portions 21a and 21b may be formed longer than the remaining portions in which portions formed parallel to each other are refracted and converged. For example, the inlet portion 21 may be formed so that portions extending and parallel to each other have a length of 30 mm, and the remaining portions refracted and converging may have a length of about 17 mm. In addition, the diameter of a part of the pair of converging inlets 21a and 21b may be 2.5 mm, and the length and diameter of the main flow path 22 forming one flow path therefrom may be formed to be 18 mm and 5 mm, respectively. It can be.

마이크로 채널(20)은 감광부(60)의 일부분이 식각되어 형성될 수 있으며, 유입부(21)와 메인유로(22)가 도면에 도시된 바와 같이 'Y'자 형상으로 감광부(60)의 일부분을 긁어 형성되기에 감광부(60)에 포함되어 하나의 층으로 이루어질 수 있다.The microchannel 20 may be formed by etching a portion of the photosensitive unit 60, and the inlet 21 and the main flow path 22 form a 'Y' shape as shown in the drawing. Since it is formed by scratching a part of the photosensitive portion 60, it can be included in one layer.

본 발명의 제1 실시예에서의 마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제가 각각 유입되는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)가 형성되는 것을 예로 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제가 유입되는 4개의 유입부(21)를 포함하도록 형성될 수도 있다. 또한, 마이크로 채널(20)은 유체의 유동방향을 따라 메인유로(22)의 직경이 일정하게 형성되는 도면을 도시하고 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 메인유로(22)는 유체의 유동방향을 따라 지름이 증가하도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 다른 실시예를 통해 구체적으로 후술하도록 한다.The microchannel 20 in the first embodiment of the present invention will be described as an example in which a pair of inlets 21a and 21b through which fuel and oxidizer respectively flow are formed. However, it is not limited thereto, and the microchannel 20 may be formed to include four inlets 21 through which fuel and oxidizer are introduced. In addition, the microchannel 20 shows a diagram in which the diameter of the main flow path 22 is formed constant along the flow direction of the fluid. However, it is not limited thereto, and the main flow path 22 may be formed to increase in diameter along the flow direction of the fluid. This will be described later in detail through another embodiment.

본 발명의 마이크로 채널(20)로 유입되는 유체는 종이 재질로 이루어진 본체부(10)에 흡수되어 종이의 모세관 현상(Capillary action)에 의해 셀프 펌핑(Self-Pumping)하여 유입부(21) 및 메인유로(22)를 따라 흡수 및 유동 가능한 특징이 있다. 이에, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 별도의 외부펌프를 필요로 하지 않는 장점이 있다.The fluid flowing into the microchannel 20 of the present invention is absorbed by the main body 10 made of paper and is self-pumped by the capillary action of the paper to flow through the inlet 21 and the main body. There is a feature that can absorb and flow along the flow path (22). Accordingly, the microfluidic fuel cell 1 of the present invention has an advantage of not requiring a separate external pump.

메인유로(22)는 유체가 유동하는 유로의 상면에 한 쌍의 전극부(50)의 적어도 일부분이 각각 대칭을 이루도록 인쇄될 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.At least a portion of the pair of electrode units 50 may be symmetrically printed on the upper surface of the main flow path 22 through which the fluid flows. This will be described in detail later.

마이크로 채널(20)의 메인유로(22) 양측에는 한 쌍의 미세유로(23)가 각각 형성될 수 있다.A pair of micro-channels 23 may be respectively formed on both sides of the main channel 22 of the micro-channel 20 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 미세유로(23)는 본체부(10)의 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부(50)의 정확한 위치를 확인하기 위한 일종의 마킹으로, 메인유로(22)로부터 연장 형성될 수 있다. 미세유로(23)는 메인유로(22)로부터 유체유입방지부(30) 방향으로 미리 설정된 거리만큼 연장 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 , the microchannel 23 is a kind of marking for confirming the exact position of the pair of electrode units 50 printed on the upper surface of the main body 10, can be extended. The microchannel 23 may extend from the main channel 22 toward the fluid inflow prevention unit 30 by a preset distance.

미세유로(23)는 메인유로(22)의 끝단부에 메인유로(22)와 수직하도록 한 쌍이 메인유로(22)의 외측을 향하여 각각 굴절되어 형성될 수 있다. 이에, 미세유로(23)와 메인유로(22)와 'ㄴ'자 형상으로 형성될 수 있다. 미세유로(23)의 측부에는 소수성부(40)와 유체유입방지부(30)가 각각 형성될 수 있다.A pair of micro-passages 23 may be formed at an end of the main flow path 22 so as to be perpendicular to the main flow path 22 and bent toward the outside of the main flow path 22 . Accordingly, the micro-passage 23 and the main flow-path 22 may be formed in an 'B' shape. A hydrophobic portion 40 and a fluid inflow prevention portion 30 may be respectively formed on the side of the microchannel 23 .

소수성부(40)는 미세유로(23)로부터 유체유입방지부(30)로 유체가 전달되는 현상을 방지하기 위한 것으로, 미세유로(23)와 인접한 본체부(10)의 상면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 소수성부(40)는 감광부(60)의 식각 또는 제거로 인하여 형성되는 것으로, 유체유입방지부(30)와 미세유로(23) 사이에 돌출된 형상으로 마련되어, 미세유로(23)를 통한 유체의 전달을 차단한다. The hydrophobic part 40 is to prevent the fluid from being transferred from the microchannel 23 to the fluid inflow prevention unit 30, and may be formed on the upper surface of the main body 10 adjacent to the microchannel 23. . Specifically, the hydrophobic portion 40 is formed by etching or removing the photosensitive portion 60, and is provided in a protruding shape between the fluid inflow prevention portion 30 and the microchannel 23, and the microchannel 23 blocks the passage of fluid through the

소수성부(40)의 크기는 미세유로(23)의 길이에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 메인유로(22)로부터 유체유입방지부(30) 방향으로 연장하여 형성되는 미세유로(23)의 미리 설정된 길이가 길어지면 소수성부(40)의 크기가 커지게 되며, 미세유로(23)의 미리 설정된 길이가 짧아지면 소수성부(40)의 크기가 작아진다. The size of the hydrophobic portion 40 may vary according to the length of the microchannel 23 . Specifically, when the preset length of the microchannel 23 extending from the main channel 22 toward the fluid inflow prevention unit 30 becomes longer, the size of the hydrophobic portion 40 increases, and the microchannel 23 When the preset length of ) is shortened, the size of the hydrophobic portion 40 is reduced.

다시 말하면, 소수성부(40)는 본체부(10)의 상면에 형성되며, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 소수성의 성질을 갖는 감광부(60)가 도포되어 형성될 수 있다. In other words, the hydrophobic part 40 is formed on the upper surface of the body part 10, and the photosensitive part 60 having a hydrophobic property is applied between the microchannel 23 and the fluid inflow prevention part 30 to be formed. can

소수성부(40)는 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 감광부(60)가 식각되지 않거나 제거되지 않은 부분으로, 도 2에서와 같이, 전극부(50)의 하방 일부에 본체부(10)의 상면으로부터 상부를 향하여 돌출 형성될 수 있다. 이와 같은 소수성부(40)는 감광부(60)의 일부분을 이룰 수 있으며, 감광부(60)와 동일한 SU8-3035(MicroChem, USA)로 이루어질 수 있다. The hydrophobic part 40 is a part where the photosensitive part 60 is not etched or removed between the microchannel 23 and the fluid inflow prevention part 30, and as shown in FIG. 2, a lower part of the electrode part 50 It may protrude from the top surface of the body portion 10 toward the top. The hydrophobic portion 40 may form a part of the photosensitive portion 60, and may be made of the same SU8-3035 (MicroChem, USA) as the photosensitive portion 60.

소수성부(40)는 감광부(60)와 함께 Photo-lithography 공정으로 경화되어 형성될수 있으며, 본체부(10)에 도포되어 UV light 20mV로 15초 동안 노광하고, 노광 후 건조시키는 과정인 PEB(Post Exposure Bake) 과정을 55°에서 10분간 진행하는 과정을 거쳐 형성될 수 있다. 소수성부(23)는 PEB과정을 거쳐 노광 후 경화되어 본체부(10)의 상면에 완전하게 고정 형성될 수 있으며, 이에 대해서는 제조 방법을 통해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. The hydrophobic portion 40 may be formed by curing through a photo-lithography process together with the photosensitive portion 60, and PEB (PEB, which is a process of applying to the body portion 10, exposing to UV light of 20 mV for 15 seconds, and drying after exposure) Post Exposure Bake) process at 55° for 10 minutes. The hydrophobic portion 23 may be completely fixed and formed on the upper surface of the body portion 10 by curing after exposure through a PEB process, which will be described in more detail through a manufacturing method.

소수성부(40)는 미세유로(23)와 유체유입부방지부(30) 사이의 간격이 0.5mm를 이루도록 형성될 수 있다. 이에, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)는 소수성부(40)에 의해 0.5mm 이격 형성될 수 있다. 한 쌍의 소수성부(40)는 일단부가 한 쌍의 미세유로(23)에 각각 접하고, 타단부가 유체유입방지부(30)와 각각 접할 수 있다.The hydrophobic portion 40 may be formed such that a distance between the microchannel 23 and the fluid inflow prevention portion 30 is 0.5 mm. Accordingly, the microchannel 23 and the fluid inflow prevention unit 30 may be separated from each other by 0.5 mm by the hydrophobic unit 40 . The pair of hydrophobic parts 40 may have one end in contact with the pair of microchannels 23 and the other end in contact with the fluid inflow prevention part 30 , respectively.

도 3 및 도 4를 참조하면, 유체유입방지부(30)는 미세유로(23)로부터 이격된 공간을 형성하는 것으로, 한 쌍이 본체부(10)의 상면에 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 이격 형성될 수 있다. 소수성 재질로 이루어진 소수성부(40)에 의해 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 이격 형성될 수 있다. 3 and 4, the fluid inflow prevention unit 30 forms a space spaced apart from the microchannel 23, and a pair of the main channel 22 and the microchannel ( 23) may be formed. The hydrophobic portion 40 made of a hydrophobic material may be spaced apart from the main flow path 22 and the micro flow path 23 .

유체유입방지부(30)는 일단부가 소수성부(40)와 접하도록 감광부(60)에 식각 형성되고 상면에 전극부(50)의 일부가 인쇄될 수 있다. 유체유입방지부(30)의 상면에 인쇄되는 전극부(50)는 외부전극과 연결된다. 소수성부(40)가 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 유체유입방지부(30)에 유입되는 유체를 차단하여 유체유입방지부(30)의 상면에 인쇄된 전극부(50)가 유체와 접하는 현상을 방지할 수 있다. 이에, 유체유입방지부(30)는 전기적 노이즈(Noise)의 발생을 방지하고, 높은 수율을 나타낼 수 있는 효과가 있다.The fluid inflow prevention part 30 may be etched on the photosensitive part 60 so that one end comes into contact with the hydrophobic part 40 and a part of the electrode part 50 may be printed on the upper surface. The electrode unit 50 printed on the upper surface of the fluid inflow prevention unit 30 is connected to an external electrode. The hydrophobic part 40 blocks the fluid flowing into the fluid inflow prevention part 30 from the main flow passage 22 and the micro flow passage 23, so that the electrode part 50 printed on the upper surface of the fluid inflow prevention part 30 It is possible to prevent contact with the fluid. Thus, the fluid inflow prevention unit 30 has an effect of preventing electrical noise from occurring and exhibiting a high yield.

앞서 설명한 유입부(21)와 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)는 종이 기반의 본체부(10)와 일체로 제작되어 대량생산이 가능할 수 있다. The microchannel 20 including the inlet portion 21 and the main flow path 22, the microchannel 23, the hydrophobic portion 40, and the fluid inflow prevention portion 30 described above are the paper-based main body portion 10 It can be manufactured integrally with mass production.

전극부(50)는 마이크로 유체 연료전지(1)의 전극을 형성하는 것으로, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 인쇄되어 형성될 수 있다. 전극부(50)는 탄소 기반의 전극부 혼합액(MWCNT Paste)을 본체부(10)의 상면에 도포하여 형성될 수 있다. 전극부 혼합액은 질산, 황산 및 다중벽 탄소 나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano-Tube, MWCNT)가 혼합된 혼합액을 30분간 초음파로 분산시키면서 정제하고, 정제된 용액에 탈이온화수(De-lonized Water)를 섞어 진공필터를 이용하여 WMCNT를 여과하고, 여과된 용액에 탈이온화수를 더 부어 남아있는 산을 제거하여 정제된 WMCNT만 추출하는 등의 제조과정을 통해 제조될 수 있다. 전극부(50)를 형성하기 위한 전극부 혼합액의 제조 과정과 관련하여 도 14를 참조하여 보다 구체적으로 후술하도록 한다. The electrode unit 50 forms an electrode of the microfluidic fuel cell 1, and may be formed by being printed on the upper surface of the photosensitive unit 60 to connect the main flow path 22 and the fluid inflow prevention unit 30. The electrode part 50 may be formed by applying a carbon-based electrode mixture liquid (MWCNT paste) to the upper surface of the body part 10 . The mixed solution of the electrode unit is purified while dispersing the mixed solution of nitric acid, sulfuric acid and multi-walled carbon nano-tubes (MWCNT) with ultrasonic waves for 30 minutes, and deionized water (De-lonized water) is added to the purified solution. ) can be prepared through a manufacturing process such as filtering WMCNT using a vacuum filter, further pouring deionized water into the filtered solution to remove remaining acid, and extracting only purified WMCNT. Regarding the manufacturing process of the electrode mixture solution for forming the electrode part 50, it will be described later in more detail with reference to FIG. 14.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 일단부와 타단부가 각각 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 전극부 혼합액을 본체부(10)의 상면에 인쇄하여 한 쌍의 전극부(50)를 형성할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 전극부(50)는 메인유로(22), 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60)의 상면에 전극부 혼합액을 인쇄하여 형성될 수 있다. Referring back to FIGS. 1 and 2, the electrode mixture is printed on the upper surface of the main body 10 so that one end and the other end connect the main flow path 22 and the fluid inflow prevention unit 30, respectively, so that a pair of The electrode unit 50 may be formed. More specifically, the electrode part 50 is placed on the upper surface of the photosensitive part 60 to connect the main flow path 22, the micro flow path 23, the hydrophobic part 40, and the fluid inflow preventing part 30. It can be formed by printing.

특히, 전극부(50)는 미세유로(23)에 의해 본체부(10)의 상면에 정확한 위치에 인쇄될 수 있다. 전극부(50)는 메인유로(22)의 상면과 접하는 일부분의 길이와 두께가 각각 15mm와 1mm로 이루어지도록 형성될 수 있다. 전극부(50)는 외부전극이 연결되는 일단부가 소수성부(40)에 의해 메인유로(22) 및 미세유로(23)를 유동하는 유체와 접하는 현상을 방지하여, 유체와 반응하여 생기는 전기적 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.In particular, the electrode unit 50 may be printed at an accurate position on the upper surface of the main body unit 10 by the microchannel 23 . The electrode unit 50 may be formed such that the length and thickness of a portion in contact with the upper surface of the main flow path 22 are 15 mm and 1 mm, respectively. The electrode unit 50 prevents a phenomenon in which one end to which the external electrode is connected comes into contact with the fluid flowing through the main channel 22 and the micro channel 23 by the hydrophobic unit 40, thereby reducing electrical noise caused by reaction with the fluid. occurrence can be prevented.

본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1)는 유체유입방지부(30)의 구조를 포함하여 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지하고 장시간 구동할 수 있는 특징이 있다. The microfluidic fuel cell 1 according to the first embodiment of the present invention includes the structure of the fluid inflow prevention unit 30 to prevent fluid from flowing into the externally connected electrode, thereby generating electrical noise. It has a feature that can prevent and drive for a long time.

또한, 본 발명은 종이 기반으로 형성되어 제작 비용이 저렴하며, 일체형 구조로 인해 단시간에 대량생산이 가능한 특징이 있다. In addition, the present invention is formed on a paper basis, so the production cost is low, and mass production is possible in a short time due to the integral structure.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 .

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이다.5 is a front view of a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1a)는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)를 더 포함하는 마이크로 채널(20a)을 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The microfluidic fuel cell 1a according to the second embodiment of the present invention excludes the microchannel 20a further including a pair of inlets 21a and 21b and another pair of inlets 21c and 21d. If so, it is substantially the same as that of the first embodiment already described. Therefore, the same reference numerals are attached to the components already described, and detailed descriptions will be omitted.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1a)는 유체가 유입되는 복수 개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)가 형성된 마이크로 채널(20a)을 포함한다. 마이크로 채널(20a)은 도면에 도시된 바와 같이, 연료 및 산화제가 유입되는 4개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)와 하나의 메인유로(22a)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 유체 연료전지(1a)는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)의 양측에 외측으로 0.5mm의 간격이 이격되어 형성되는 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)의 구조를 포함한다. 마이크로 유체 연료전지(1a)는 메인유로(22a)가 18mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)는 일단부에 각각 연료 및 산화제가 유입될 수 있으며 타단부가 각각 메인유로(22a)에 연결되어 멀티 구조의 마이크로 채널(20a)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the microfluidic fuel cell 1a according to the second embodiment of the present invention includes a microchannel 20a having a plurality of inlets 21a, 21b, 21c, and 21d through which fluid flows. . As shown in the drawing, the microchannel 20a may include four inlets 21a, 21b, 21c, and 21d through which fuel and oxidizer are introduced and one main flow path 22a. Specifically, the microfluidic fuel cell (1a) includes a structure of another pair of inlets (21c, 21d) formed by spaced apart from each other by 0.5 mm to the outside on both sides of the pair of inlets (21a, 21b). do. In the microfluidic fuel cell 1a, the main flow path 22a may be formed to have a length of 18 mm. A pair of inlets 21a and 21b and the other pair of inlets 21c and 21d have one end where fuel and oxidizer can flow in, respectively, and the other end is connected to the main flow path 22a to have a multi-structure. A microchannel 20a may be formed.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .

도 6a는 전극부가 인쇄되기 전의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이고, 도 6b는 전극부가 인쇄된 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이다.6A is a front view of the microfluidic fuel cell according to the third embodiment before electrodes are printed, and FIG. 6B is a front view of the microfluidic fuel cell according to the third embodiment after electrodes are printed.

본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1b)는 유체의 유동방향을 따라 직경이 증가하는 메인유로(22b)와, 메인유로(22b)의 형상에 맞게 인쇄된 전극부(501)를 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The microfluidic fuel cell 1b according to the third embodiment of the present invention includes a main flow path 22b whose diameter increases along the flow direction of the fluid, and an electrode unit 501 printed to match the shape of the main flow path 22b. Except for , it is substantially the same as the previously described first embodiment. Therefore, the same reference numerals are attached to the components already described, and detailed descriptions will be omitted.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1b)는 유체의 유동방향을 따라 지름이 증가하도록 형성되는 메인유로(22b)와, 유체의 유동방향을 기준으로 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 한 쌍의 이격된 거리가 증가하도록 형성된 한 쌍의 전극부(501a, 501b)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the microfluidic fuel cell 1b according to the third embodiment of the present invention has a main flow path 22b formed to increase in diameter along the flow direction of the fluid, and a main flow path based on the flow direction of the fluid. It includes a pair of electrode parts 501a and 501b formed so that the distance between the pair increases along the edge of the flow path 22b.

메인유로(22b)는 유입부(11a, 11b)를 통해 유입된 유체가 유동하는 경로를 형성한다. 메인유로(22b)는 일단부가 한 쌍의 유입부(11a, 11b)의 타단부와 연결되고, 유체가 유동하는 방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 연장 형성되어 18mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 특히, 도 6a에 도시된 바와 같이, 메인유로(22b)는 유체의 유동방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 지름이 증가하는 구조로 형성된다. 예를 들어, 한 쌍의 유입부(11a, 11b)로부터 병합되는 메인유로(22b) 일단부의 직경

Figure 112020093407302-pat00001
은 3.5mm로 형성될 수 있으며, 유체가 배출되는 메인유로(22b) 타단부의 직경
Figure 112020093407302-pat00002
는 5mm로 형성되어
Figure 112020093407302-pat00003
Figure 112020093407302-pat00004
보다 작게 형성될 수 있다.The main flow path 22b forms a path through which the fluid introduced through the inlets 11a and 11b flows. The main flow path 22b has one end connected to the other end of the pair of inlets 11a and 11b, extending from one end toward the other end in the direction in which fluid flows, and may be formed to have a length of 18 mm. there is. In particular, as shown in Figure 6a, the main flow path (22b) is formed in a structure in which the diameter increases from one end toward the other end in the flow direction of the fluid. For example, the diameter of one end of the main flow path 22b merged from the pair of inlets 11a and 11b
Figure 112020093407302-pat00001
may be formed to be 3.5 mm, and the diameter of the other end of the main flow path 22b through which the fluid is discharged
Figure 112020093407302-pat00002
is formed of 5 mm
Figure 112020093407302-pat00003
this
Figure 112020093407302-pat00004
can be made smaller.

전극부(501)는 메인유로(22b)의 형상에 따라, 한 쌍이 이격된 거리가 변화하도록 형성될 수 있다. 도 6b를 살펴보면, 전극부(501)는 적어도 일부분이 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 메인유로(22b)의 상면에 인쇄될 수 있다. 전극부(501)는 메인유로(22b)의 상면에 인쇄되는 일부분의 길이가 15mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 메인유로(22b)의 형상에 따라 한 쌍이 이격된 거리가 변화하도록 형성될 수 있다. 전극부(501)는 직경

Figure 112020093407302-pat00005
이 직경
Figure 112020093407302-pat00006
보다 작게 형성될 수 있다. 전극부(501)를 따라 흐르는 전류는 메인유로(22b)를 따라 흐르는 유체의 유동방향과 반대방향으로 흐르게 된다. 이에, 전극부(501)는 유체의 유동방향을 기준으로 한 쌍의 이격된 거리가 증가하도록 형성된다고 표현할 수 있으며, 전류가 흐르는 방향을 기준으로 한 쌍의 이격된 거리가 감소하는 형태인 수렴형 형태로 형성된다고 표현할 수 있다.The electrode unit 501 may be formed so that the distance between the pair varies according to the shape of the main flow path 22b. Referring to FIG. 6B , at least a portion of the electrode unit 501 may be printed on the upper surface of the main flow path 22b along the edge of the main flow path 22b. The electrode unit 501 may be formed such that the length of a portion printed on the upper surface of the main flow path 22b has a length of 15 mm, and the distance between the pair is changed according to the shape of the main flow path 22b. can The electrode part 501 has a diameter
Figure 112020093407302-pat00005
this diameter
Figure 112020093407302-pat00006
can be made smaller. The current flowing along the electrode part 501 flows in a direction opposite to the flow direction of the fluid flowing along the main flow path 22b. Therefore, the electrode unit 501 can be expressed as being formed so that the distance between the pair increases based on the flow direction of the fluid, and the convergence type in which the distance between the pair decreases based on the direction in which current flows. It can be expressed as being formed by

앞서 설명한 바와 같이, 한 쌍의 전극부(501)는 메인유로(22b)와 접하는 일부분이 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성되어 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이의 간극을 줄여 내부저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 증가시켜 마이크로 유체 연료전지(1b)의 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시켜 연료전지의 성능이 상승되는 특징이 있다.As described above, a portion of the pair of electrode parts 501 in contact with the main flow path 22b is formed in a convergent form based on the direction in which current flows, thereby filling the gap between the anode electrode (anolyte) and the cathode electrode (catholyte). can reduce the internal resistance. In addition, the performance of the fuel cell is improved by increasing the supply amount of the anode electrode and the cathode electrode to improve the duration, current density, and power density of the microfluidic fuel cell 1b.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 .

도 7a는 전극부가 인쇄되기 전의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체의 정면도이고, 도 7b는 전극부가 인쇄된 제4 실시예에 의한 마이크로 유체의 정면도이다.7A is a front view of the microfluid according to the fourth embodiment before electrode parts are printed, and FIG. 7B is a front view of the microfluid according to the fourth embodiment after electrode parts are printed.

본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1c)는 제2 실시예의 유입부(11a, 11b, 11c, 11d)와, 제3 실시예의 메인유로(22b) 및 전극부(501)가 결합된 구조로 이루어진다. 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1c)는 연료 및 산화제가 유입되는 다수개의 유입부(11a, 11b, 11c, 11d)와, 직경이 변화하는 하나의 메인유로(22b)와, 메인유로(22b)의 형상에 맞게 인쇄된 전극부(501)를 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The microfluidic fuel cell 1c according to the fourth embodiment of the present invention includes the inlets 11a, 11b, 11c, and 11d of the second embodiment, the main flow path 22b and the electrode part 501 of the third embodiment. It consists of a combined structure. The microfluidic fuel cell (1c) according to the fourth embodiment includes a plurality of inlets (11a, 11b, 11c, 11d) into which fuel and oxidizer are introduced, one main flow path (22b) having a variable diameter, and a main flow path. Except for the electrode part 501 printed according to the shape of (22b), it is substantially the same as the previously described first embodiment. Therefore, the same reference numerals are attached to the components already described, and detailed descriptions will be omitted.

도 7a를 참조하면, 마이크로 유체 연료전지(1c)는 다수의 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)가 형성된 마이크로 채널(20a)을 포함하며, 4개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)의 타단부가 하나의 메인유로(22b)에 연결되어 마이크로 채널(20c)을 형성할 수 있다. 메인유로(22b)는 앞서 설명한 제3 실시예에서와 같이, 유체의 유동방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 지름이 증가하는 구조로 형성된다. 이에, 메인유로(22b)는 일단부의 직경

Figure 112020093407302-pat00007
이 유체가 배출되는 타단부의 직경
Figure 112020093407302-pat00008
보다 작게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7A , the microfluidic fuel cell 1c includes a micro channel 20a having a plurality of inlets 21a, 21b, 21c, and 21d through which a plurality of fuels and oxidizers flow, and four inlets. The other ends of (21a, 21b, 21c, 21d) may be connected to one main flow path (22b) to form a micro channel (20c). As in the third embodiment described above, the main flow path 22b is formed in a structure in which a diameter increases from one end toward the other end in the flow direction of the fluid. Accordingly, the main flow path 22b has a diameter of one end
Figure 112020093407302-pat00007
Diameter of the other end through which this fluid is discharged
Figure 112020093407302-pat00008
can be made smaller.

도 7b를 참조하면 전극부(501)는 메인유로(22b)의 형상에 따라, 유체의 유동방향을 기준으로 한 쌍이 이격된 거리가 증가하도록 형성될 수 있다. 전극부(501)는 적어도 일부분이 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 메인유로(22b)의 상면에 인쇄될 수 있다. 이에, 전극부(501)는 메인유로(22b)의 상면에 인쇄되는 일부분이 메인유로(22b)의 형상에 따라 한 쌍이 이격된 거리가 증가되도록 형성되어,

Figure 112020093407302-pat00009
Figure 112020093407302-pat00010
보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 전극부(501)는 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7B , the electrode unit 501 may be formed such that the distance between the pair is increased based on the flow direction of the fluid according to the shape of the main flow path 22b. At least a portion of the electrode part 501 may be printed on the upper surface of the main passage 22b along the edge of the main passage 22b. Accordingly, the electrode part 501 is formed so that the distance between the pair is increased according to the shape of the main flow path 22b in a portion printed on the upper surface of the main flow path 22b.
Figure 112020093407302-pat00009
this
Figure 112020093407302-pat00010
can be made smaller. In addition, the electrode unit 501 may be formed in a convergent shape based on the direction in which current flows.

한 쌍의 전극부(501)는 메인유로(22b)와 접하는 일부분이 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성되어 양극 전극과 음극 전극 사이의 간극을 줄여 내부저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 마이크로 유체 연료전지(1b)의 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시켜 연료전지의 성능이 상승되는 특징이 있다.In the pair of electrode parts 501, a part contacting the main flow path 22b is formed in a convergent form based on the direction in which the current flows, thereby reducing the gap between the anode electrode and the cathode electrode to reduce internal resistance. In addition, the performance of the fuel cell is improved by increasing the supply amount of the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte) to improve the duration, current density, and power density of the microfluidic fuel cell (1b).

본 발명의 마이크로 유체 연료전지는 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 유입부(21), 메인유로(22), 전극부(50)를 포함하는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 각 구조에 따라 유체 확산 길이와, 성능과, 지속시간 등에서 다소 차이가 있는 결과를 나타낸다.As described above, the microfluidic fuel cell of the present invention can be formed in various structures including different inlets 21, main flow channels 22, and electrode units 50, and the fluid diffusion length and , performance and duration show slightly different results.

이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 각 구조에 따라 나타나는 결과 값과 관련하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 10 , the resulting values according to each structure will be described in more detail.

도 8은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 OCV에 대한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 전력밀도에 대한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 측정 그래프이고, 도 11은 마이크로 유체 연료전지의 지속시간 측정 그래프이다.8 is a graph of current density and OCV according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention, and FIG. 9 is a graph of current density and power density according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention. 10 is an EIS measurement graph according to structural changes of the microfluidic fuel cell of the present invention, and FIG. 11 is a duration measurement graph of the microfluidic fuel cell.

도 8 내지 도 10에서 Couple.Y는 제1 실시예를, Couple.Convergence는 제2 실시예를, Multi.Y는 제3 실시예를, Multi.Convergence는 제4 실시예의 마이크로 연료 유체전지를 의미한다.8 to 10, Couple.Y refers to the first embodiment, Couple.Convergence refers to the second embodiment, Multi.Y refers to the third embodiment, and Multi.Convergence refers to the micro fuel fluid cell of the fourth embodiment. do.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 linear sweep 측정 그래프와, 전류밀도와 전력밀도에 따른 그래프를 도시하고 있다. 본 발명은 제1 실시예 내지 제4 실시예의 구조 변화에 따라 연료전지의 성능면에서 다소 차이를 보이고 있다. 전산유체해석 결과를 비교한 결과, 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1)의 구조에 따른 최대 전력 밀도는

Figure 112020093407302-pat00011
이고, 제3 실시예(Multi.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1b)는
Figure 112020093407302-pat00012
로 나타난다. 연료 전지 성능은 메인유로(22)의 직경의 변화가 있는 구조를 포함하는 제3 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1b)에서 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 5.0%가 향상된 것으로 나타났다. 제2 실시예(Couple.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1a)는 최대전력밀도가
Figure 112020093407302-pat00013
로, 유입부(21)의 개수가 늘어나게 되면서 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 21.9%의 연료전지 성능 향상된 것으로 나타났다. Referring to FIGS. 8 and 9 , linear sweep measurement graphs according to structural changes of the microfluidic fuel cells of the first to fourth embodiments of the present invention and graphs according to current density and power density are shown. The present invention shows a slight difference in performance of the fuel cell according to the structural changes of the first to fourth embodiments. As a result of comparing the computational fluid analysis results, the maximum power density according to the structure of the microfluidic fuel cell 1 according to the first embodiment (Couple.Y) is
Figure 112020093407302-pat00011
And, the microfluidic fuel cell 1b according to the third embodiment (Multi.Convergence)
Figure 112020093407302-pat00012
appears as The fuel cell performance was 5.0 compared to the structure of the first embodiment (Couple.Y) in the microfluidic fuel cell 1b of the third embodiment (Multi.Convergence) including the structure in which the diameter of the main flow path 22 was changed. % was found to be improved. The microfluidic fuel cell 1a according to the second embodiment (Couple.Convergence) has a maximum power density
Figure 112020093407302-pat00013
As the number of inlets 21 increased, fuel cell performance was improved by 21.9% compared to the structure of the first embodiment (Couple.Y).

아울러, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)는 4개의 유입부(21)의 구조와 직경의 변화가 있는 메인유로(22b)를 포함하는 구조적인 변화를 갖게 되면서 최대전력밀도가

Figure 112020093407302-pat00014
로, 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 28.6%의 연료전지 성능 향상이 있는 것으로 나타났다.In addition, the microfluidic fuel cell 1c of the fourth embodiment (Multi.Convergence) has a structural change including the structure of the four inlets 21 and the main flow path 22b with a change in diameter, thereby maximizing power density
Figure 112020093407302-pat00014
, it was found that there was a 28.6% improvement in fuel cell performance compared to the structure of the first embodiment (Couple.Y).

본 발명은 유체의 유동 경로를 따라 간격이 증가하는 메인유로(22b)의 구조와, 메인유로(22b)의 전단부의 양극 전극과 음극 전극 사이의 간극을 줄이는 한 쌍의 전극부(510)의 구조를 통해 내부저항을 감소시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명은 다수의 유입부(21)를 포함하는 멀티 인렛의 구조를 통해 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 늘릴 수 있으며, 전산유체해석 결과를 통해 확산영역이 감소하면서 연료전지 성능이 크게 향상된 것을 살펴볼 수 있다.The present invention is a structure of a main flow path (22b) in which the gap increases along the flow path of the fluid, and a structure of a pair of electrode parts 510 that reduces the gap between the anode electrode and the cathode electrode at the front end of the main flow path (22b). Through this, the effect of reducing the internal resistance can be shown. In addition, the present invention can increase the supply of the anode electrode and the cathode electrode through the multi-inlet structure including a plurality of inlets 21, and the fuel cell performance is greatly improved as the diffusion area is reduced through computational fluid analysis results. you can look into

도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 그래프를 도시하고 있다. 제3 실시예(Multi.Y)의 마이크로 유체 연료전지(1b)는 메인유로(22b)와 접하는 전극부(510)의 간격을 조절하여 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 옴 저항(Ohmic resistance)이 6.8%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 28.5% 감소한 효과를 보이고 있다. Referring to FIG. 10, EIS graphs according to structural changes of the microfluidic fuel cells of the first to fourth embodiments of the present invention are shown. The microfluidic fuel cell 1b of the third embodiment (Multi.Y) has ohmic resistance ( Ohmic resistance) by 6.8% and anode resistance by 28.5%.

제2 실시예(Couple.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1a)는 유입부(21)의 개수를 늘려 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 증가시키고 확산영역을 감소시킴으로써, 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 옴 저항(Ohmic resistance)이 16.7%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 65.8% 감소한 효과를 보이고 있다. 아울러, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)는 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 옴 저항(Ohmic resistance)이 24.4%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 71.4%가 감소한 것을 살펴볼 수 있다.The microfluidic fuel cell 1a of the second embodiment (Couple. Convergence) increases the number of inlets 21 to increase the supply amount of the anode electrode and the cathode electrode and reduces the diffusion area, thereby reducing the diffusion area. Compared to the structure of Y), the Ohmic resistance is reduced by 16.7% and the anode resistance is reduced by 65.8%. In addition, the microfluidic fuel cell 1c of the fourth embodiment (Multi.Convergence) has an ohmic resistance of 24.4% and an anode resistance of the first embodiment (Couple.Y) compared to the structure of the first embodiment (Couple.Y). A decrease of 71.4% can be observed.

도 11을 참조하면, 마이크로 유체 연료전지(1, 1c)는 시간에 따른 OCV의 변화 값과, 일정한 전류를 가하며 시간에 따른 전압을 보는 Chronopotentiometry Method을 통해 지속시간을 살펴볼 수 있다. Referring to FIG. 11 , the microfluidic fuel cells 1 and 1c can observe the change in OCV over time and the duration through the chronopotentiometry method of applying a constant current and seeing the voltage over time.

도 11a는 Continuous Flow 조건에서 연료전지 구조 변화에 따라 측정하여 비교한 성능 그래프를 도시하고 있다. 도 11a를 참조하면, Continuous Flow 조건에서 제4 실시예(Multi.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1c)의 지속시간은 8시간 26분으로 나타났으며, 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1)의 지속시간은 3시간 43분으로 나타났다. 제4 실시예(Multi.Convergence)와 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 연료전지의 지속시간은 2.2배 이상의 차이를 나타낸다. 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)가 제1 실시예(Couple.Y)의 마이크로 유체 연료전지(1)의 구조 보다 양극 전극과 음극 전극의 공급속도가 빨라 젖은 흡수패드의 면적이 높게 나타날 수 있다. 또한, 마이크로 유체 연료전지는 흡수패드가 Catholyte 건조에 따른 potassium ferricyanide의 결정화, 공기 중의 외부 박테리아에 의한 Anolyte 오염 등의 원인으로 기공이 막히게 된다. 이때, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조가 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 기공 막힘을 빠른 공급 속도로 어느 정도 해소하기 때문에 2배 이상의 지속시간 향상이라는 결과를 나타낼 수 있다. FIG. 11A shows a graph of performance measured and compared according to structural changes of a fuel cell under a continuous flow condition. Referring to FIG. 11A, the duration of the microfluidic fuel cell 1c according to the fourth embodiment (Multi.Convergence) in the continuous flow condition was 8 hours and 26 minutes, and the first embodiment (Couple.Y) The duration of the microfluidic fuel cell 1 according to was 3 hours and 43 minutes. The duration of the fuel cell according to the fourth embodiment (Multi.Convergence) and the first embodiment (Couple.Y) shows a difference of 2.2 times or more. The microfluidic fuel cell (1c) of the fourth embodiment (Multi.Convergence) absorbs wetness faster than the structure of the microfluidic fuel cell (1) of the first embodiment (Couple.Y). The area of the pad may appear high. In addition, pores of the microfluidic fuel cell are blocked due to causes such as crystallization of potassium ferricyanide due to catholyte drying and anolyte contamination by external bacteria in the air. At this time, since the structure of the fourth embodiment (Multi.Convergence) resolves pore clogging to some extent at a faster supply speed than the structure of the first embodiment (Couple.Y), it can show a result of more than two times improvement in duration. .

도 11b는 Stop Flow 조건에서 연료전지 구조 변화에 따라 측정하여 비교한 성능 그래프를 도시하고 있다. 도 11b를 참조하면, Stop Flow 조건에서 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조의 지속시간이 46분, 제1 실시예(Couple.Y)의 지속시간이 36.7분으로 나타나며, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조가 9분 정도의 차이로 더 긴 지속시간을 보이는 것을 살펴볼 수 있다. Stop Flow 조건에서 양극 전극과 음극 전극을 지속적으로 공급받지 못하고, 공급 속도가 현저히 떨어지기 때문에, Continuous Flow 와 Stop Flow 조건에서 지속 시간과 전압(Voltage) 모두 크게 차이나는 것을 살펴볼 수 있다.11B shows a graph of performance measured and compared according to a change in fuel cell structure under a stop flow condition. Referring to FIG. 11B, in the Stop Flow condition, the duration of the structure of the fourth embodiment (Multi.Convergence) is 46 minutes and the duration of the first embodiment (Couple.Y) is 36.7 minutes, and the fourth embodiment (Multi.Convergence) shows a duration of 36.7 minutes. You can see that the structure of (Multi.Convergence) shows a longer duration with a difference of about 9 minutes. Since the positive and negative electrodes are not continuously supplied under the Stop Flow condition, and the supply speed drops significantly, it can be seen that both the duration and voltage are significantly different between the Continuous Flow and Stop Flow conditions.

이하, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 12 to 15, a method of manufacturing a microfluidic fuel cell according to the present invention will be described in detail.

도 12는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법의 순서도이고, 도 13은 본 발명의 본체부를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 전극부의 혼합액을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명의 본체부에 전극부를 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.12 is a flow chart of a method for manufacturing a microfluidic fuel cell according to the present invention, FIG. 13 is a view for explaining a method for manufacturing a main body part according to the present invention, and FIG. 14 explains a method for manufacturing a mixture solution for an electrode part according to the present invention. 15 is a view for explaining a method of printing an electrode part on the body part of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 본체부(10)를 형성하는 (a) 단계(S200)와, 감광부(60)를 마련하는 (b) 단계(S210)와, 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성하는 (c) 단계(S220)와, 전극부(50)를 인쇄하는 단계(S230)를 포함한다. Referring to FIG. 12, the manufacturing method of the microfluidic fuel cell 1 of the present invention includes steps (a) of forming the main body 10 (S200) and (b) steps of providing the photosensitive unit 60 ( S210), (c) forming the microchannel 20 and the fluid inflow prevention unit 30 (S220), and printing the electrode unit 50 (S230).

구체적으로, 본체부(10)를 형성하는 (a) 단계(S200)와, 본체부(10) 상부에 감광부(60)를 마련하는 (b) 단계(S210)와, 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)과, 메인유로(22)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성하는 (c) 단계(S220)와, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 전극부(50)를 인쇄하는 (d) 단계(S230)를 포함한다.Specifically, the (a) step of forming the main body 10 (S200), the (b) step of providing the photosensitive unit 60 on the main body 10 (S210), and the main flow path through which the fluid flows (c) step S220 of forming the microchannel 20 including (22) and the fluid inflow prevention unit 30 spaced apart from the main flow path 22, and the main flow path 22 and the fluid inflow prevention unit (d) step (S230) of printing the electrode unit 50 on the upper surface of the photosensitive unit 60 so as to connect the electrode unit 30;

본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 도 13을 참조하여 본체부(10)를 형성하는 과정과, 감광부를 마련하는 과정과, 마이크로 채널 및 유체유입방지부를 형성하는 과정에 대해 설명하고, 도 14를 참조하여 전극부(50)의 혼합액을 형성하는 과정에 대해 설명한 후에, 도 15를 참조하여 감광부(60)의 상면에 전극부(50)를 인쇄하는 과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.The manufacturing method of the microfluidic fuel cell 1 of the present invention describes the process of forming the main body 10, the process of preparing the photosensitive unit, and the process of forming the microchannel and the fluid inflow prevention unit with reference to FIG. 13. After explaining the process of forming the mixed solution of the electrode unit 50 with reference to FIG. 14, the process of printing the electrode unit 50 on the upper surface of the photosensitive unit 60 will be described in detail with reference to FIG. let it do

도 13을 참조하면, 와트만지를 마련하여 본체부(10)를 형성(S200)한다. 이때, 본체부(10)는 두께 180um와 공극의 크기 11um를 갖는 와트만지를 사용하여 제작될 수 있다. Referring to FIG. 13 , the main body 10 is formed by preparing a Whatmanji (S200). At this time, the body portion 10 may be manufactured using Whatmanji having a thickness of 180um and a size of 11um in the air gap.

와트만지로 이루어진 본체부(10)의 상부에 소수성의 성질을 갖는 감광제를 적신 후 경화시켜 감광부(60)를 마련(S210)할 수 있다. 소수성의 성질을 갖는 감광제를 본체부(10)의 외표면에 도포하여 10분간 감광제가 적셔진 상태를 유지하여 본체부(10)의 상면에 감광부(60)를 형성할 수 있다.A photosensitive agent having a hydrophobic property may be wetted on the upper part of the body part 10 made of Whatman paper and then cured to prepare the photosensitive part 60 (S210). A photosensitive agent having a hydrophobic property may be applied to the outer surface of the body portion 10 and maintained in a wet state for 10 minutes to form the photosensitive portion 60 on the upper surface of the body portion 10 .

감광부(60)에 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)과, 메인유로(22)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성(S230)한다. 미리 결정되어 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)이 형성되는 위치에 해당하는 미리 결정된 감광부(60)의 일부분을 제거하여 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성할 수 있다. A microchannel 20 including a main flow path 22 through which fluid flows and a fluid inflow prevention unit 30 spaced apart from the main flow path 22 are formed in the photosensitive unit 60 (S230). The microchannel 20 and the fluid inflow prevention unit 30 are formed by removing a portion of the photosensitive unit 60 that is predetermined and corresponds to a position where the microchannel 20 and the fluid inflow prevention unit 30 are formed. can do.

마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)는 감광부(60)의 일부분이 식각 또는 제거되어 형성된 것으로, 감광부(60)와 동일한 층을 이룰 수 있다. 특히, 감광제(60)를 식각 또는 제거하여 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성하는 과정에서 다수의 연료 및 산화제가 유입되는 유입부(21)와, 유입부(21)로부터 유체가 유동하는 하나의 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)을 형성할 수 있다. The microchannel 20 and the fluid inflow prevention unit 30 are formed by etching or removing a portion of the photosensitive unit 60, and may form the same layer as the photosensitive unit 60. In particular, in the process of forming the microchannel 20 and the fluid inflow prevention part 30 by etching or removing the photoresist 60, the inlet 21 into which a plurality of fuels and oxidizers flow, and the inlet 21 A microchannel 20 including one main flow path 22 through which fluid flows may be formed.

또한, 미리 결정된 감광제(60)의 또 다른 일부분을 식각하여 메인유로(22)와 수직한 양 방향을 향하여 연장되는 미세유로(23)와, 미세유로(23)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성할 수 있다. 이 과정에서 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 식각되지 않아 본체부(10)로부터 돌출 형성되어 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)를 분리시키는 소수성부(40)를 형성할 수 있다. 감광제를 제거하는 단계에서 유체의 유동방향을 따라 직경이 증가하도록 메인유로(22)를 형성할 수 있으며, 4개의 유입부를 형성하는 등 다양한 실시예에 따른 마이크로 채널(20)을 본체부(10)의 상면에 형성할 수 있다.In addition, another portion of the predetermined photoresist 60 is etched to form a microchannel 23 extending in both directions perpendicular to the main flow path 22, and a fluid inflow prevention unit 30 formed spaced apart from the microchannel 23. ) can be formed. In this process, the hydrophobic portion 40 that is not etched between the microchannel 23 and the fluid inflow prevention unit 30 is formed to protrude from the main body 10 to separate the microchannel 23 and the fluid inflow prevention unit 30. ) can be formed. In the step of removing the photosensitizer, the main flow path 22 may be formed to increase in diameter along the flow direction of the fluid, and the microchannel 20 according to various embodiments, such as forming four inlets, may be formed in the body portion 10. can be formed on the upper surface of

상면에 도포되어 미리 결정된 감광부(60)의 일부분을 긁어내 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 유체유입방지부(30)가 형성된 와트만지를 85℃에서 10분간 Soft bake하여 건조된 감광부(60)와 일체화된 본체부(10)를 형성할 수 있다. 이때, 와트만지의 상하면에 별도의 와트만지를 배치하여 건조되지 못한 감광제를 흡수시킬 수 있으며, 이후에, 와트만지의 상하면에 배치된 별도의 감광제를 제거하도록 한다.It is coated on the upper surface and a predetermined portion of the photosensitive portion 60 is scraped off, and the Whatman paper formed with the microchannel 20, the microchannel 23, and the fluid inflow prevention portion 30 is soft-baked at 85° C. for 10 minutes, and dried. The body part 10 integrated with the photosensitive part 60 may be formed. In this case, the non-dried photoresist can be absorbed by disposing separate Whatman papers on the upper and lower surfaces of the Whatman paper, and then, the separate photoresist disposed on the upper and lower surfaces of the Whatman paper is removed.

감광부(60)의 일부분이 제거되고 건조된 본체부(10)를 UV light를 이용하여 20mV에서 15초간 노광시키고, 노광된 본체부(10)를 55℃에서 10분간 PEB(Post Exposure Bake)하는 과정을 진행한다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 감광부(60)의 일부분이 제거된 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 본체부를 가열 건조하는 단계인 PEB 과정을 통해 본체부(10) 내에 노광후 경화된 감광부(60)를 완전하게 고정시킬 수 있다. A part of the photosensitive part 60 is removed and the dried body part 10 is exposed to light at 20 mV for 15 seconds using UV light, and the exposed body part 10 is PEB (Post Exposure Bake) at 55 ° C. for 10 minutes go through the process The manufacturing method of the microfluidic fuel cell 1 of the present invention is to expose the main body from which a part of the photosensitive unit 60 is removed, and to heat and dry the exposed main body, which is a PEB process, in the main body 10. After exposure, the cured photosensitive portion 60 can be completely fixed.

구체적으로 PEB 과정을 통해, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)를 구획하도록 감광제가 도포된 소수성부(40)를 완전하게 고정시킬 수 있는 특징이 있다. PEB 과정을 거친 본체부(10)는 Develop 과정을 진행한다. Develop 과정은 정렬(Align) 및 노광(Exposure)후 현상액을 이용하여 필요한 곳과 필요없는 부분을 구분하여 상을 형성하기 위해 일정부위의 Photo Resist를 제거하는 과정이다. 본체부(10)는 Develop 과정에서 SU8-Developer 15분, IPA(Icosapentaenoic Acid) 용액에 5분, 탈이온화수(De-lonized Water, DI Water)에 10분간 각각 담가둔 후에, 40℃의 오븐에서 건조하여 마이크로 채널, 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)가 형성된 종이 기반의 본체부(10)를 형성할 수 있다. 상기와 같은 과정을 거쳐 형성된 본체부(10)의 상면에는 전극부(50)가 인쇄되어 마이크로 유체 연료전지(1)를 형성할 수 있다.Specifically, through the PEB process, the hydrophobic portion 40 coated with the photoresist can be completely fixed to divide the microchannel 23 and the fluid inflow prevention portion 30 . The body part 10 that has gone through the PEB process proceeds with the Develop process. The development process is a process of removing photo resist from a certain area to form an image by separating necessary and unnecessary parts using a developer after alignment and exposure. The body part 10 was immersed in SU8-Developer for 15 minutes, IPA (Icosapentaenoic Acid) solution for 5 minutes, and deionized water (DI Water) for 10 minutes in the development process, and then in an oven at 40 ° C. After drying, the paper-based main body 10 having the microchannel, the microchannel 23, the hydrophobic portion 40, and the fluid inflow prevention portion 30 may be formed. The electrode unit 50 may be printed on the upper surface of the body unit 10 formed through the above process to form the microfluidic fuel cell 1 .

한편, 감광제(Photo Resist, PR)는 양성(Positive) PR과 음성(Negative) PR이 있다. 감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 음성(Negative) PR로 마련되어 빛을 받는 부분인 소수성부(40)가 견고하게 굳어지고 음성(Negative) PR이 제거된 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 유체유입방지부(30)가 현상(Developing)액에 의해 쉽게 용해될 수 있는 특징이 있다.Meanwhile, photoresist (PR) includes positive PR and negative PR. The photosensitive part 60 is provided with negative PR on the upper surface of the body part 10, and the hydrophobic part 40, which is a part that receives light, is firmly hardened and the negative PR is removed. Microchannel 20, The microchannel 23 and the fluid inflow prevention unit 30 are characterized in that they can be easily dissolved by a developing solution.

도 14를 참조하면, 본체부(10)에 인쇄할 전극부 혼합액을 형성하는 과정을 도시하고 있다. 전극부 혼합액은 질산과 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 전극부 혼합액은 MWCNT 10mg과, 질산(HNO3, 70wt%) 10mg과, 황산(H2SO4, 95~98wt%) 20mL와 혼합하고 30분간 초음파로 분산시키면서 정제한다. 정제된 30mL의 용액에 70mL의 DI Water를 섞어 형성된 총 100mL의 용액을 진공 필터(Vacuum filter)를 이용하여 MWCNT를 여과한다. 여과된 용액에 DI Water를 더 부어주어 MWCNT에 남아있는 산을 제거할 수 있으며, 정제된 MWCNT만 남게될 수 있다. Referring to FIG. 14 , a process of forming an electrode mixture solution to be printed on the main body 10 is illustrated. The mixed solution of the electrode unit may be formed by purifying and filtering a solution in which nitric acid and sulfuric acid are mixed. Specifically, the mixed solution of the electrode part is mixed with 10 mg of MWCNT, 10 mg of nitric acid (HNO 3 , 70 wt%), and 20 mL of sulfuric acid (H 2 SO 4 , 95 to 98 wt%), and purified while dispersing with ultrasonic waves for 30 minutes. A total of 100 mL of the solution formed by mixing 70 mL of DI water with the purified 30 mL solution was filtered through MWCNTs using a vacuum filter. The acid remaining in MWCNTs can be removed by further pouring DI water into the filtered solution, leaving only purified MWCNTs.

이후에, 셀룰로오스(Cellulose, 5wt%)와, EMIM(1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, 95wt%)를 혼합하고 60℃에서 1시간동안 초음파를 가해주어 Cellulose-ionic liquids solution를 제조할 수 있다. 제조된 Cellulose-ionic liquids solution(95% mass)과 MWCNT(5wt%)를 질량비로 혼합한 후에, 15분간 그라인딩(Grinding)하여 전극부 혼합액을 형성할 수 있다. 상기와 같은 과정을 거쳐 형성된 전극부 혼합액을 감광부(60)의 상면에 인쇄하여 전극부(50)를 형성할 수 있다.Subsequently, Cellulose-ionic liquids solution can be prepared by mixing cellulose (Cellulose, 5wt%) and EMIM (1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, 95wt%) and applying ultrasonic waves at 60° C. for 1 hour. After mixing the prepared Cellulose-ionic liquids solution (95% mass) and MWCNT (5wt%) in a mass ratio, grinding may be performed for 15 minutes to form an electrode mixture solution. The electrode unit 50 may be formed by printing the mixed liquid of the electrode unit formed through the above process on the upper surface of the photosensitive unit 60 .

도 15를 참조하면, 전극부 혼합액을 감광부(60)의 상면에 인쇄하여 전극부(50)가 형성된 마이크로 유체 연료전지(1)를 제조하는 도면을 도시하고 있다. 탄소 전극을 형성하기 위해 가공된 OHP 필름(Overhead Projector Film)을 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 소수성부(40), 유체유입방지부(30) 및 감광부(60)가 형성된 본체부(10)의 상면에 고정한 후에, OHP 필름의 상면에 전극부 혼합액을 도포한다. OHP 필름의 상면에 도포된 전극부 혼합액을 표면이 매끄러운 금속바로 이루어진 필름 어플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 균일하게 밀어주면, 전극부 혼합액이 OHP 필름의 구멍을 통해 종이 기판에 전극 형상으로 인쇄될 수 있다. 본체부(10)의 상면에 전극부 혼합액이 인쇄되면, OHP 필름을 제거한다.Referring to FIG. 15 , a view of manufacturing the microfluidic fuel cell 1 having the electrode part 50 by printing the mixed solution of the electrode part on the upper surface of the photosensitive part 60 is shown. A body in which a micro channel 20, a micro channel 23, a hydrophobic part 40, a fluid inflow prevention part 30, and a photosensitive part 60 are formed by forming an OHP film (Overhead Projector Film) processed to form a carbon electrode. After fixing on the upper surface of the part 10, the electrode part mixture is applied to the upper surface of the OHP film. If the mixed solution of the electrode part applied on the upper surface of the OHP film is pushed evenly using a film applicator made of a metal bar with a smooth surface, the mixed solution of the electrode part can be printed in the form of an electrode on the paper substrate through the hole of the OHP film. there is. When the mixed solution of the electrode part is printed on the upper surface of the body part 10, the OHP film is removed.

OHP 필름이 제거된 본체부(10)는 40℃의 오븐에서 60분간 가열한다. 이때, 본체부는 오븐의 온도가 45℃ 이상이 되면 전극부 혼합액에 포함된 [EMIM][AC]이 상면에서 완전히 경화되어 양극 전극과 음극 전극이 채널내로 흐르지 않는 문제가 발생하기에 반드시 40℃의 오븐에서 가열하도록 한다. 가열된 본체부(10)는 DI Water에 20분간 담가두어 전극부 혼합액에 포함된 [EMIM][AC]를 제거하도록 한다. The main body 10 from which the OHP film has been removed is heated in an oven at 40° C. for 60 minutes. At this time, when the temperature of the oven of the main body exceeds 45 ° C, the [EMIM] [AC] contained in the mixture of the electrode part is completely cured on the upper surface, causing a problem that the anode and cathode electrodes do not flow into the channel. Let it heat up in the oven. The heated main body part 10 is immersed in DI water for 20 minutes to remove [EMIM][AC] contained in the mixed solution of the electrode part.

이후에, 본체부(10)를 다시 50℃의 오븐에서 20분간 가열하여 전극부(50)의 본체부(10)의 상면에 완전하게 인쇄할 수 있다. 이와 같이, 마이크로 유체 연료전지의 제조방법은 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 MWCNT를 인쇄하여 탄소기반의 전극부(50)를 형성하여 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.Thereafter, the body portion 10 may be heated again in an oven at 50° C. for 20 minutes to completely print the electrode portion 50 on the upper surface of the body portion 10 . As such, the method for manufacturing a microfluidic fuel cell forms a carbon-based electrode part 50 by printing MWCNTs using a screen printing technique to form a liquid-liquid interface between an anode electrode (Anolyte) and a cathode electrode (Catholyte). By forming a proton exchange membrane, there is an unnecessary advantage.

본 발명의 마이크로 유체 연료전지는 상기와 같은 과정을 거쳐 거쳐 마이크로 유체 연료전지(1, 1a, 1b,1c)를 형성할 수 있다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 장시간 구동 가능한 특징이 있다.The microfluidic fuel cell of the present invention can form microfluidic fuel cells 1, 1a, 1b, and 1c through the above process. The microfluidic fuel cell 1 of the present invention can prevent the occurrence of electrical noise by preventing fluid from flowing into the externally connected electrode, and thus has a feature of being able to operate for a long time.

또한, 본 발명은 종이 기반으로 제작하여 제작 비용이 저렴하며, 전기에너지 생성 과정 중 이산화탄소가 발생하지 않고 폐수 속에 존재하는 유기물을 분해하는 동시에 전기에너지를 생성하여 친환경적인 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 제2 실시예 내지 제4 실시예에서와 같이 다수의 유입부(21)를 포함하는 구조와, 메인유로(22) 및 전극부(50)의 직경이 유체의 유동방향을 따라 증가하게 형성되는 구조를 포함하여, 내부저항을 줄이고 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시킬 수 있는 특징이 있다. 이에, 본 발명은 연료전지 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention is paper-based, so the production cost is low, and carbon dioxide is not generated during the electrical energy generation process, and organic matter present in wastewater is decomposed and electrical energy is generated at the same time, so there is an eco-friendly advantage. In addition, the present invention has a structure including a plurality of inlets 21 as in the second to fourth embodiments, and the diameters of the main flow path 22 and the electrode unit 50 are along the flow direction of the fluid. Including a structure that is formed to increase, there is a feature that can improve the duration, current density and power density by reducing the internal resistance and increasing the supply amount of the anode electrode (anolyte) and cathode electrode (catholyte). Accordingly, the present invention can improve fuel cell performance.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains know that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

1, 1a, 1b, 1c: 마이크로 유체 연료전지
10: 본체부
20, 20a, 20b, 20c: 마이크로 채널
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 유입부
22, 22a, 22b: 메인유로
23, 23a, 23b: 미세유로
30, 30a, 30b: 유체유입방지부
40, 40b: 소수성부
50, 50a, 50b: 전극부
60: 감광부
1, 1a, 1b, 1c: Microfluidic Fuel Cell
10: body part
20, 20a, 20b, 20c: microchannel
21, 21a, 21b, 21c, 21d: inlet
22, 22a, 22b: main flow
23, 23a, 23b: micro flow path
30, 30a, 30b: fluid inflow prevention unit
40, 40b: hydrophobic part
50, 50a, 50b: electrode part
60: photosensitive unit

Claims (15)

본체부;
상기 본체부 상면에 마련되는 감광부;
유체가 유동하는 메인유로를 포함하여 상기 감광부에 형성되는 마이크로 채널;
상기 감광부에 상기 메인유로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부;
상기 메인유로로부터 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로;
상기 유체유입방지부와 상기 미세유로 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부; 및
상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부를 포함하는 마이크로 유체 연료전지.
body part;
a photosensitive unit provided on an upper surface of the body unit;
a micro channel formed in the photosensitive part including a main flow path through which fluid flows;
a pair of fluid inflow prevention units formed in the photosensitive unit to be spaced apart from the main flow path;
a pair of micro-passages formed by a predetermined distance from the main flow passage toward the fluid inflow prevention unit;
a hydrophobic part provided in a protruding shape between the fluid inflow prevention part and the microchannel; and
A microfluidic fuel cell comprising a pair of electrode parts printed on an upper surface of the photosensitive part to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 채널은,
연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부를 포함하는 마이크로 유체 연료전지.
According to claim 1,
The microchannel,
A microfluidic fuel cell including a plurality of inlets through which fuel and oxidant are introduced.
제1항에 있어서,
상기 메인유로는 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 형성되는 마이크로 유체 연료전지.
According to claim 1,
The main flow path is a microfluidic fuel cell formed such that an interval increases along the flow direction of the fluid.
제3항에 있어서,
상기 전극부는 상기 유체의 유동방향을 기준으로 상기 메인유로의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 형성되는 마이크로 유체 연료전지.
According to claim 3,
The electrode part is formed along the edge of the main flow path based on the flow direction of the fluid, so that the distance between the electrode parts increases.
삭제delete 삭제delete 본체부를 형성하는 (a) 단계;
상기 본체부 상부에 감광부를 마련하는 (b) 단계;
상기 감광부에 유체가 유동하는 메인유로를 포함하는 마이크로 채널과, 상기 메인유로로부터 이격 형성된 유체유입방지부를 형성하고,
상기 메인유로에서 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 상기 감광부를 제거하여 미세유로를 형성하며,
상기 감광부의 일부분이 제거된 상기 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 상기 본체부를 가열 건조 하는 단계를 더 포함하고,
상기 본체부를 가열 건조하는 단계는, 상기 미세유로와 상기 유체유입방지부의 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 고정시키는 것을 특징으로 하는 (c) 단계; 및
상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 전극부를 인쇄하는 (d) 단계;
를 포함하는 마이크로 유체 연료전지의 제조방법.
(a) forming a main body;
(b) providing a photosensitive part on top of the body part;
Forming a microchannel including a main flow path through which fluid flows in the photosensitive unit, and a fluid inflow prevention unit spaced apart from the main flow path;
forming a microchannel by removing the photosensitive unit by a preset distance from the main channel in the direction of the fluid inflow prevention unit;
Exposing the body portion from which a portion of the photosensitive portion is removed; and heating and drying the exposed body portion,
The step of heating and drying the body part is (c) step, characterized in that fixing a hydrophobic part provided in a protruding shape between the microchannel and the fluid inflow prevention part; and
(d) printing an electrode part on an upper surface of the photosensitive part to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part;
Method of manufacturing a microfluidic fuel cell comprising a.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 감광부에 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부가 형성된 상기 마이크로 채널을 형성하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.
According to claim 7,
In step (c),
A method of manufacturing a microfluidic fuel cell comprising forming the microchannel in which a plurality of inlets through which fuel and oxidizer are introduced into the photosensitive unit are formed.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 상기 메인유로를 형성하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.
According to claim 7,
In step (c),
A method for manufacturing a microfluidic fuel cell in which the main flow path is formed such that the interval increases along the flow direction of the fluid.
제9항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 메인유로를 따라 상기 전극부를 인쇄하여, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 상기 전극부를 형성하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지의 제조방법.
According to claim 9,
In step (d),
The method of manufacturing a microfluidic fuel cell further comprising: printing the electrode parts along the main passage to form the electrode parts so that a distance between the electrode parts increases.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 메인유로로부터 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 형성하고, 상기 유체유입방지부를 상기 미세유로로부터 이격시키는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.
According to claim 7,
In step (c),
A microfluidic fuel cell manufacturing method comprising: forming a pair of micro-passages formed by a predetermined distance from the main flow passage in the direction of the fluid inflow prevention part, and separating the fluid inflow prevention part from the micro-passage.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에,
MWCNT와 질산 및 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 전극부 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.
According to claim 7,
After step (c),
A method for manufacturing a microfluidic fuel cell, further comprising purifying and filtering a mixed solution of MWCNTs and nitric acid and sulfuric acid to form a mixed solution of the electrode part.
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