KR102665550B1 - Fabric-based fluid fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

연료전지의 장시간 구동이 가능하도록 성능을 향상시키기 위한 패브릭 기반 유체 연료전지가 제공된다. 패브릭 기반 유체 연료전지는 패브릭으로 형성된 본체부와, 본체부에 형성되며, 유체가 유동하는 유로부와, 본체부에 유로부와 일부가 연결되도록 외측면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부와, 유체가 흡수되지 않는 성분으로 구성되며, 본체부의 외측면에 도포되어 유로부를 형성하는 코팅부를 포함한다.A fabric-based fluid fuel cell is provided to improve performance so that the fuel cell can be operated for a long time. A fabric-based fluid fuel cell includes a main body made of fabric, a flow path formed in the main body through which the fluid flows, a pair of electrode parts printed on the outer surface so that the flow path is partially connected to the main body, and a fluid flow fuel cell. It is composed of a component that is not absorbed and includes a coating portion that is applied to the outer surface of the main body to form a flow path portion.

Description

패브릭 기반 유체 연료전지 및 그 제조방법{Fabric-based fluid fuel cell and manufacturing method thereof}Fabric-based fluid fuel cell and manufacturing method thereof}

본 발명은 패브릭 기반 유체 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료전지의 장시간 구동이 가능하도록 성능을 향상시키기 위한 패브릭 기반 유체 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fabric-based fluid fuel cell and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a fabric-based fluid fuel cell for improving performance so that the fuel cell can be operated for a long time.

웨어러블 디바이스의 수요가 증가함에 따라 구부러지거나 휘어지는 기계적인 변형에도 안정된 구동을 할 수 있는 전력원이 주목을 받고 있다. 이에 유연한(flexible) 성질을 갖으며 저비용, 고효율인 종이기반 전기화학 마이크로 유체 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As the demand for wearable devices increases, power sources that can operate stably despite mechanical deformation such as bending or bending are attracting attention. Accordingly, research is being actively conducted on paper-based electrochemical microfluidic fuel cells that have flexible properties, low cost, and high efficiency.

그러나, 종이기반 전기화학 마이크로 유체 연료전지는 종이 기반 제작이기 때문에 지속시간이 짧고, 노광 공정을 통한 유로 제작과정에서 감광제의 경화로 인해 소수성 영역의 유연성(flexible)이 저하되는 문제가 있다. 또한, 선행 연구에서 nanowire, 랩 등으로 전극을 부착하는데, 이는 접촉저항을 증가시켜 전력손실을 발생하는 문제가 있다. However, paper-based electrochemical microfluidic fuel cells have a short duration because they are manufactured based on paper, and there is a problem in that the flexibility of the hydrophobic region is reduced due to curing of the photoresist during the flow path manufacturing process through the exposure process. Additionally, in previous research, electrodes were attached using nanowires, wraps, etc., but this had the problem of increasing contact resistance and causing power loss.

종래의 지속시간이 짧은 문제, 감광제의 경화로 인해 유연한(flexible) 성질이 저하되는 문제, 전력손실이 발생하는 문제를 해결하기 위한 연료전지를 필요로 하였다.A fuel cell was needed to solve the conventional problems of short duration, deterioration of flexible properties due to curing of the photoresist, and power loss.

대한민국 등록특허 제10-1877681호("플렉시블 전극, 이를 이용한 생체연료전지, 및 이의 제조방법", 고려대학교 산학협력단, 2018.07.05)Republic of Korea Patent No. 10-1877681 (“Flexible electrode, biofuel cell using the same, and manufacturing method thereof”, Korea University Industry-Academic Cooperation Foundation, 2018.07.05)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 연료전지의 장시간 구동이 가능하도록 성능을 향상시키기 위한 패브릭 기반 유체 연료전지에 관한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve this problem and relates to a fabric-based fluid fuel cell to improve performance so that the fuel cell can be operated for a long time.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지는, 패브릭으로 형성된 본체부와, 상기 본체부에 형성되며, 유체가 유동하는 유로부와, 상기 유로부와 일부가 연결되도록 상기 본체부의 외측면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부와, 유체가 흡수되지 않는 성분으로 구성되며, 상기 본체부의 외측면에 도포되어 상기 유로부를 형성하는 코팅부를 포함한다. The fabric-based fluid fuel cell of the present invention includes a main body formed of fabric, a flow path formed in the main body and through which fluid flows, and a pair printed on the outer surface of the main body so that a portion is connected to the flow path. It is composed of an electrode part and a component that does not absorb fluid, and includes a coating part applied to the outer surface of the main body part to form the flow path part.

상기 전극부는 상기 본체부의 상면에 인쇄되는 제1 전극부와 상기 본체부의 하면에 인쇄되는 제2 전극부를 포함할 수 있다. The electrode portion may include a first electrode portion printed on the upper surface of the main body portion and a second electrode portion printed on the lower surface of the main body portion.

상기 제1 전극부와 제2 전극부는 미리 설정된 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다.The first electrode portion and the second electrode portion may be formed to be spaced apart by a preset distance.

상기 한 쌍의 전극부는 상기 본체부의 서로 다른 면에 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. The pair of electrode parts may be formed to overlap each other on different surfaces of the main body part.

상기 한 쌍의 전극부는 상기 본체부에 상기 유로부를 중심으로 대칭을 이루도록 위치할 수 있다. The pair of electrode parts may be positioned in the main body to be symmetrical about the flow path part.

상기 코팅부는 아크릴(Acrylic) 성분을 포함할 수 있다.The coating part may include an acrylic component.

상기 코팅부는 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 유성잉크(oiliness ink, Schmierfδhigkeit ink) 성분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The coating may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS) or oiliness ink (Schmierfδhigkeitink).

상기 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법은, 패브릭 기반의 본체부를 마련하는 단계와, 상기 본체부의 외측면에 한 쌍의 전극부를 인쇄하는 단계와, 상기 본체부의 외측면에 코팅액을 분사하여 유체가 유동하는 유로부를 형성하는 단계를 포함한다.The fabric-based fluid fuel cell manufacturing method of the present invention includes the steps of providing a fabric-based main body, printing a pair of electrode parts on the outer surface of the main body, and spraying a coating liquid on the outer surface of the main body to provide fluid. It includes the step of forming a flow passage part.

상기 전극부를 인쇄하는 단계는, 상기 본체부의 상면에 제1 전극부를 인쇄하고, 상기 본체부의 하면에 제2 전극부를 인쇄할 수 있다.In the step of printing the electrode part, a first electrode part may be printed on the upper surface of the main body part, and a second electrode part may be printed on the lower surface of the main body part.

상기 전극부를 인쇄하는 단계는, 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 미리 설정된 간격을 가지도록 상기 본체부에 인쇄할 수 있다. In the step of printing the electrode portion, the main body portion may be printed so that the first electrode portion and the second electrode portion have a preset gap.

상기 전극부를 인쇄하는 단계는, 상기 한 쌍의 전극부가 상기 본체부의 서로 다른 면에 중첩되도록 인쇄할 수 있다. In the step of printing the electrode portion, the pair of electrode portions may be printed so that they overlap on different surfaces of the main body portion.

상기 전극부를 인쇄하는 단계는, 상기 한 쌍의 전극부가 상기 유로부를 중심으로 상기 본체부의 서로 다른 면에 대칭을 이루도록 인쇄할 수 있다.In the step of printing the electrode portion, the pair of electrode portions may be printed so that they are symmetrical on different surfaces of the main body with the flow path portion as the center.

상기 유로부를 형성하는 단계에서, 상기 코팅부는 아크릴(Acrylic) 성분을 포함할 수 있다. In the step of forming the flow path portion, the coating portion may include an acrylic component.

상기 유로부를 형성하는 단계에서, 상기 코팅액은 다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 유성잉크(oiliness ink) 성분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the step of forming the flow path portion, the coating liquid may include at least one of dimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS) or oiliness ink.

본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지는 유연한 성질을 유지할 수 있다.The fabric-based fluid fuel cell of the present invention can maintain flexible properties.

또한, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지는 친환경적이고, 제품 양상 과정에서 대량생산이 가능하며, 제작비용을 최소화할 수 있는 특징이 있다.In addition, the fabric-based fluid fuel cell of the present invention has the characteristics of being environmentally friendly, capable of mass production during the product development process, and minimizing manufacturing costs.

또한, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지는 전력 손실을 감소시키고, 지속시간을 개선할 수 있는 특징이 있다. In addition, the fabric-based fluid fuel cell of the present invention has the feature of reducing power loss and improving duration.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면도이다.
도 2는 도 1의 패브릭 기반 유체 연료전지를 A-A선을 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면이다.
도 4는 도 3의 패브릭 기반 유체 연료전지를 A-A선으로 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 도면이다.
도 6은 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법의 순서도이다.
도 7은 도 6에서 전극부를 인쇄하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에서 코팅액을 분사하여 유로부를 형성하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6에서 복수 개의 유체 연료전지를 커팅하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 패브릭 종류에 따른 시간대별 OCV값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 패브릭 종류에 따른 최대전류밀도 값을 나타내는 그래프이다.
도 12는 패브릭 종류에 따른 최대전력밀도 값을 나타내는 그래프이다.
도 13은 전극부 형상에 따른 시간대별 OCV 값을 나타내는 그래프이다.
도 14는 전극부 형상에 따른 Linear-sweep 측정 그래프와, 최대전력밀도와 최대전류밀도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 전극부 형상에 따른 EIS 그래프이다.
도 16은 산성전해질과 염기성전해질에 따른 시간대별 OCV 값을 나타내는 그래프이다.
도 17은 산성전해질에 따른 Linear-sweep 측정 그래프와, 최대전력밀도와 최대전류밀도를 나타내는 그래프이다.
도 18은 염기성전해질에 따른 Linear-sweep 측정 그래프와, 최대전력밀도와 최대전류밀도를 나타내는 그래프이다.
도 19는 산성전해질과 염기선전해질에 따른 EIS 그래프이다.
도 20은 stop flow 상태의 지속시간 그래프이다.
도 21은 Continuous Flow 상태의 지속시간 그래프이다.
1 is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fabric-based fluid fuel cell of FIG. 1 cut along line AA.
Figure 3 is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the fabric-based fluid fuel cell of FIG. 3 cut along line AA.
Figure 5 is a diagram of a fabric-based fluid fuel cell according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart of the fabric-based fluid fuel cell manufacturing method of the present invention.
FIG. 7 is a diagram to explain in more detail the printing of the electrode portion in FIG. 6.
FIG. 8 is a diagram to explain in more detail the formation of a flow path by spraying the coating liquid in FIG. 6.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of cutting a plurality of fluid fuel cells in FIG. 6.
Figure 10 is a graph showing OCV values over time according to fabric type.
Figure 11 is a graph showing the maximum current density value according to fabric type.
Figure 12 is a graph showing maximum power density values according to fabric type.
Figure 13 is a graph showing OCV values over time according to the shape of the electrode part.
Figure 14 is a linear-sweep measurement graph according to the shape of the electrode portion, and a graph showing the maximum power density and maximum current density.
Figure 15 is an EIS graph according to the shape of the electrode part.
Figure 16 is a graph showing OCV values over time according to acidic electrolyte and basic electrolyte.
Figure 17 is a linear-sweep measurement graph according to acid electrolyte, and a graph showing maximum power density and maximum current density.
Figure 18 is a linear-sweep measurement graph according to basic electrolyte, and a graph showing maximum power density and maximum current density.
Figure 19 is an EIS graph according to acid electrolyte and base electrolyte.
Figure 20 is a graph of the duration of the stop flow state.
Figure 21 is a graph of the duration of the Continuous Flow state.

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 by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the invention is merely defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 유연성을 가지고 외부동력원 없이 모세관현상을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지이다. 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 유체가 유동하는 마이크로 유체 채널(도 1의 유로부(30)) 제작 시 감광제 대신 방수 스프레이를 사용하여 마이크로 유체 채널의 유연한 성질의 유지가 가능한 특징이 있다. The fabric-based fluid fuel cell (1) of the present invention is a flexible fuel cell that produces power using capillary action without an external power source. The fabric-based fluid fuel cell 1 has the advantage of maintaining the flexible nature of the microfluidic channel by using a waterproof spray instead of a photoresist when manufacturing a microfluidic channel through which fluid flows (the flow path 30 in FIG. 1).

또한, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 패브릭 기반으로 연속 흐름 타입(continuous flow type)의 구조를 포함하여, 친환경적이며 제작비용이 저렴하고, 유체 연료전지의 단점인 짧은 지속시간이 개선 가능한 특징이 있다. In addition, the fabric-based fluid fuel cell (1) of the present invention is based on fabric and has a continuous flow type structure, so it is environmentally friendly and inexpensive to manufacture, and the short duration, which is a disadvantage of fluid fuel cells, is improved. There are possible features.

본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 전극을 인쇄하여 종래의 마이크로 유체 연료전지에서 전극 부착에 의한 전력 손실을 감소시킬 수 있으며, 단층 제작 구조로 인해 제품 양산 과정에서 대량생산이 가능한 특징이 있다.The fabric-based fluid fuel cell (1) of the present invention can reduce power loss due to electrode attachment in conventional microfluidic fuel cells by printing electrodes using a screen printing method, and can be mass-produced due to its single-layer manufacturing structure. The process has the advantage of being capable of mass production.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지 및 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the fabric-based fluid fuel cell and manufacturing method of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 9.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.With reference to FIGS. 1 and 2, a fabric-based fluid fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면도이고, 도 2는 도 1의 패브릭 기반 유체 연료전지를 A-A선을 절단한 단면도이다.FIG. 1 is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the fabric-based fluid fuel cell of FIG. 1 taken along line A-A.

패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와, 본체부(10)의 서로 다른 면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부(20)와, 본체부(10)에 형성되어 유체가 유동하는 유로부(30)와, 유체가 흡수되지 않는 성분으로 구성되며 본체부(10)의 서로 다른 면에 도포되어 유로부(30)를 형성하는 코팅부(40)를 포함한다.The fabric-based fluid fuel cell 1 includes a main body 10, a pair of electrode parts 20 printed on different sides of the main body 10, and a fluid flowing through the main body 10. It includes a flow path portion 30 and a coating portion 40 that is composed of a component that does not absorb fluid and is applied to different surfaces of the main body portion 10 to form the flow path portion 30.

이하, 각 구성요소에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, each component will be described in detail.

본체부(10)는 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 하우징을 형성하는 것으로, 모세관현상에 의해 유체의 흡수가 가능한 패브릭과 같은 섬유제품(직물, 편물, 부직포 등)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본체부(10)는 Paper(Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton(Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel(Cotton recruitment organization, 0.3mm, 1000nara, Korea), Span blend(Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), Polyester blend(Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea) 등으로 이루어져 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 기판을 형성할 수 있다.The main body 10 forms the housing of the fabric-based fluid fuel cell 1 and may be made of a textile product (woven, knitted, non-woven, etc.) such as fabric capable of absorbing fluid through capillary action. For example, the main body 10 is made of Paper (Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton (Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel (Cotton recruitment organization, 0.3 mm, 1000nara, Korea), Span blend (Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), Polyester blend (Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea), etc. to form the substrate of the fabric-based fluid fuel cell (1). You can.

본체부(10)에는 전극부(20), 유로부(30), 코팅부(40)가 형성될 수 있다.An electrode portion 20, a flow path portion 30, and a coating portion 40 may be formed in the body portion 10.

전극부(20)는 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 전극을 형성한다. 전극부(20)는 그래핀 혼합액에 촉매제를 섞은 전극액(도 7b의 23, 24 참조)이 본체부(10)의 서로 다른 면에 스크린 인쇄(screen printing) 방식으로 인쇄되어 형성될 수 있다. 전극부(20)는 본체부(10)의 서로 다른 상면과 하면에 각각 형성되는 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)를 포함한다.The electrode portion 20 forms the electrode of the fabric-based fluid fuel cell (1). The electrode unit 20 may be formed by printing an electrode solution (see 23 and 24 in FIG. 7B) in which a catalyst is mixed with a graphene mixture on different sides of the main body 10 using a screen printing method. The electrode unit 20 includes a first electrode unit 21 and a second electrode unit 22 formed on different upper and lower surfaces of the main body unit 10, respectively.

본 명세서 상에서의 '상면'은 도 2의 단면도를 기준으로 본체부(10)의 상측에 위치하는 면을 의미한다. 또한, '하면'은 도 2에서 본체부(10)를 기준으로 본체부(10)의 하측에 위치하는 면을 의미한다.In this specification, 'upper surface' refers to a surface located on the upper side of the main body 10 based on the cross-sectional view of FIG. 2. In addition, 'lower surface' refers to the surface located below the main body 10 with respect to the main body 10 in FIG. 2.

제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)으로, 후술할 유로부(30)와 적어도 일부가 연결되도록 본체부(10)의 상하면에 인쇄될 수 있다. 이때, 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 도 2에서와 같이 본체부(10)의 상하면에 중첩 형성되지 않고 서로 어긋나도록 형성될 수 있다. 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 유로부(30)를 중심으로 대칭을 이루도록 형성될 수 있으며, 본체부(10)를 도 1의 B-B선으로 접을 경우, 서로 중첩될 수 있다. The first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 are the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte) of the fabric-based fluid fuel cell (1), and are at least partially connected to the flow path portion 30, which will be described later. Preferably, it can be printed on the upper and lower surfaces of the main body 10. At this time, the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 may not be formed to overlap the upper and lower surfaces of the main body portion 10 as shown in FIG. 2 but may be formed to be offset from each other. The first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 may be formed to be symmetrical about the flow path portion 30, and when the main body portion 10 is folded along line B-B in FIG. 1, they will overlap each other. You can.

제1 실시예에서의 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 본체부(10)를 중심으로 상하면에 서로 중첩되지 않고 어긋나도록 배치되는 것을 예로 들어 설명하였다. 다만, 이에 한정되지 않고 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 본체부(10)의 상하면에 중첩 형성될 수도 있으며, 이와 관련하여 제2 실시예에서 구체적으로 설명하도록 한다.The first embodiment has been described as an example in which the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 are arranged on the upper and lower surfaces of the main body portion 10 so that they do not overlap but are offset from each other. However, the present invention is not limited to this, and the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 may be formed overlapping the upper and lower surfaces of the main body portion 10, and this will be described in detail in the second embodiment.

제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 본체부(10)의 상하면에 서로 미리 설정된 간격을 가지도록 인쇄될 수 있다. 여기서, 미리 설정된 간격이라 함은, 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)가 서로 간섭하여 저항이 생기지 않는 최소한의 간격을 의미한다. The first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 may be printed on the upper and lower surfaces of the main body portion 10 to have a preset distance from each other. Here, the preset interval refers to the minimum interval at which the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 do not interfere with each other and generate resistance.

본 명세서 상에서의 유체 연료전지는 패브릭 기반의 본체부(10)를 사용하여 종이와 달리 약간의 두께를 가지고 있으나, 본체부(10)의 서로 다른 면에 인쇄하는 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)의 구조를 포함하여 양극 전극과 음극 전극의 거리를 최소화할 수 있다. 특히, 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 본체부(10)의 상하면에 서로 미리 설정된 간격을 가지도록 인쇄되어, 종이 재질 기반의 유체 연로전지와 두께 차이로 인한 단점을 극복하여 저항이 작고 높은 전력을 생산할 수 있는 특징이 있다.The fluid fuel cell in this specification uses a fabric-based main body 10 and has a slight thickness unlike paper, but has a first electrode part 21 printed on different sides of the main body 10 and a first electrode part 21 printed on different sides of the main body 10. By including the structure of the two electrode portion 22, the distance between the anode electrode and the cathode electrode can be minimized. In particular, the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 are printed on the upper and lower surfaces of the main body 10 to have a preset distance from each other, thereby avoiding the disadvantages caused by the thickness difference compared to the paper-based fluid fuel cell. It has the characteristic of being able to overcome small resistance and produce high power.

제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 미리 제작된 OHP 필름(OHP film, Alpha, Korea)이 본체부(10)의 상하면에 놓이고, OHP 필름에 전극액(23, 24)이 도포되어 본체부(10)에 형성될 수 있다. 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 전극의 모양으로 상하면이 레이저 커팅된 OHP 필름을 이용하여 미리 섞어 놓은 전극액(23, 24)이 본체부(10)에 스크린 인쇄(screen printing)되어 형성된다. 이에, 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)는 OHP 필름으로 미리 제작된 양극 전극 필름(도 7b의 210참조)과 양극 전극 필름(도 7b의 220참조)에 의해 본체부(10)의 정확한 위치에 인쇄될 수 있다.The first electrode unit 21 and the second electrode unit 22 are pre-manufactured OHP films (OHP film, Alpha, Korea) placed on the upper and lower surfaces of the main body 10, and electrode solutions 23 and 24 are placed on the OHP film. ) may be applied and formed on the main body 10. The first electrode unit 21 and the second electrode unit 22 are screen-printed on the main body 10 with pre-mixed electrode solutions 23 and 24 using OHP films whose upper and lower surfaces are laser cut in the shape of electrodes. It is formed through screen printing. Accordingly, the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 are formed by the main body portion (see 220 in FIG. 7B) and the anode electrode film (see 210 in FIG. 7B) pre-made of OHP film. 10) Can be printed at the exact location.

전극액(23, 24)은 전극부(20)의 성분으로 구성되는 혼합액으로, 미리 설정된 전극의 면적당 해당되는 촉매의 양을 그래핀에 섞어서 제조될 수 있다. 예를 들어, 전극액(23, 24)은 촉매제(catalyst)가 그래핀 혼합액(Water-Dispersible graphene paste(15mg/mL), Mexplorer co. ltd, Korea)에 혼합되어 형성될 수 있다. The electrode solutions 23 and 24 are mixed solutions composed of the components of the electrode unit 20, and can be manufactured by mixing a preset amount of catalyst per area of the electrode with graphene. For example, the electrode solutions 23 and 24 may be formed by mixing a catalyst with a graphene mixture (Water-Dispersible graphene paste (15 mg/mL), Mexplorer co. ltd, Korea).

전극액(23, 24)은 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)에 해당되는 촉매제로 각각 형성된다. 전극액(23, 24)은 촉매제와 산촉매제(Nafion solution(Nafion stock solution: Dupont, 5%(w/w)solution, USA))가 그래핀 혼합액(Graphene Paste)에 균일하게 혼합되어 형성되며, 전극부(20)의 무게와 면적에 따라 촉매제와 산촉매제의 양이 조절될 수 있다. 전극액(23, 24)은 그래핀 혼합액(Graphene Paste) 1g당 촉매제 37mg과 산촉매제(nafion) 37ul이 혼합될 수 있다. 스크린 인쇄 기법으로 촉매가 있는 양극 전극액(23)과 음극 전극액 (24)을 도포하고, 도포된 전극액(23, 24)을 오븐에서 고온으로 가열하여 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)가 형성될 수 있다.The electrode solutions 23 and 24 are formed of catalysts corresponding to the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte), respectively. The electrode solutions 23 and 24 are formed by uniformly mixing a catalyst and an acid catalyst (Nafion solution (Nafion stock solution: Dupont, 5% (w/w) solution, USA)) with a graphene paste. The amount of catalyst and acid catalyst can be adjusted depending on the weight and area of the electrode unit 20. The electrode solutions 23 and 24 may contain 37 mg of catalyst and 37 ul of acid catalyst (nafion) per 1 g of graphene paste. The anode electrode solution 23 and the cathode electrode solution 24 containing catalysts are applied using a screen printing technique, and the applied electrode solutions 23 and 24 are heated to a high temperature in an oven to form the first electrode part 21 and the second electrode part 21. The electrode portion 22 may be formed.

전극부(20)와 인접한 위치에 코팅부(40)가 형성될 수 있다.A coating portion 40 may be formed at a location adjacent to the electrode portion 20.

코팅부(40)는 유체가 흡수되지 않는 성분의 코팅액(도 8b의 41참조)이 본체부(10)의 서로 다른 면에 분사되어 형성된다. 코팅액(41)은 유체의 침투 및 투과를 방지할 수 있는 네버웨트 Neverwet(Neverwet for fabric, Rust-Oleum, USA)로 이루어질 수 있다. 코팅부(40)는 상술한 코팅액(41)이 본체부(10)의 상하면에 스텐실(stencil) 기법으로 분사되고, 분사된 코팅액(41)이 본체부(10)에 스며들 수 있도록 상온에서 건조되어 형성될 수 있다. 여기서, 코팅부(40)는 미리 제작된 유로부 필름(도 8b의 31)에 의해 전극부(20)의 위치와 유로부(30)가 형성될 위치를 제외한 본체부(10)의 상하면에 분사되어 소수성을 가지는 영역을 생성할 수 있다. 코팅부(40)가 형성됨에 따라, 본체부(10)에 전극부(20) 및 코팅부(40)가 형성되지 않은 위치에 유로부(30)가 형성될 수 있다.The coating portion 40 is formed by spraying a coating liquid (see 41 in FIG. 8B) of a component that does not absorb fluid onto different surfaces of the main body portion 10. The coating liquid 41 may be made of Neverwet (Neverwet for fabric, Rust-Oleum, USA), which can prevent fluid penetration and penetration. The coating portion 40 is sprayed with the above-mentioned coating liquid 41 on the upper and lower surfaces of the main body 10 using a stencil technique, and dried at room temperature so that the sprayed coating liquid 41 can permeate into the main body 10. can be formed. Here, the coating portion 40 is sprayed on the upper and lower surfaces of the main body portion 10 except for the position of the electrode portion 20 and the position where the flow path portion 30 will be formed by the pre-manufactured flow path film (31 in FIG. 8b). This can create a hydrophobic region. As the coating portion 40 is formed, the flow path portion 30 may be formed in a location in the main body portion 10 where the electrode portion 20 and the coating portion 40 are not formed.

유로부 필름(31)은 전극부(20)와 유로부(30)가 형성될 위치를 제외한 나머지 위치에 구멍이 뚫린 관통구가 형성되며, 일종의 필터 페이퍼(Filter Paper)로 이루어질 수 있다. 유로부 필름(31)은 직경 150mm인 필터 페이퍼 (Whatman, Cat No.1, UK)를 예로 들 수 있다. 유로부 필름(31)은 필터 페이퍼를 레이저 커팅기를 이용하여 전극부(20)의 위치, 유로부(30)가 형성될 위치를 제외한 나머지 위치에 관통구가 형성될 수 있다. 유로부 필름(31)이 본체부(10)의 상하면 놓이면 코팅액(41)이 관통구를 통해 본체부(10)에 스며들 수 있다. 코팅부(40)는 유로부 필름(31)을 이용하여 본체부에 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있으며, 본체부(10)의 소수성영역을 이룰 수 있다. 전극부(20)를 제외한 코팅액(41)이 분사되지 않은 본체부의 상하면에 유로부(30)가 형성될 수 있다.The flow path film 31 has through-holes formed in positions other than the positions where the electrode part 20 and the flow path part 30 are to be formed, and may be made of a type of filter paper. The flow path film 31 may be, for example, filter paper (Whatman, Cat No. 1, UK) with a diameter of 150 mm. In the flow path film 31, through-holes may be formed in positions other than the position of the electrode part 20 and the position where the flow path part 30 is to be formed by using a laser cutting machine using filter paper. When the flow path film 31 is placed on the upper and lower surfaces of the main body 10, the coating liquid 41 can permeate the main body 10 through the through hole. The coating portion 40 may be formed by spraying the coating liquid 41 on the main body using the flow path film 31, and may form a hydrophobic region of the main body 10. Flow passage portions 30 may be formed on the upper and lower surfaces of the main body portion where the coating liquid 41 is not sprayed, except for the electrode portion 20.

한편, 코팅부(40)를 구성하는 코팅액(41)의 세부 화학 성분은 아크릴(proprietary acrylic) 또는 지방족 화합물 석유 증류액(aliphatic petroleum distillates)으로 이루어질 수 있으며, 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 유성잉크(oiliness ink, Schmierfδhigkeit ink)로 대체 가능할 수 있다.Meanwhile, the detailed chemical composition of the coating liquid 41 constituting the coating portion 40 may be comprised of proprietary acrylic or aliphatic petroleum distillates, polydimethylsiloxane (PDMS), or It may be replaced with oil-based ink (Schmierfδhigkeit ink).

유로부(30)는 본체부(10)의 일단부로부터 유입되는 연료, 전해질 등의 유체의 유동경로를 형성한다. 유로부(30)는 본체부(10)의 일방향을 따라 연장 형성될 수 있으며, 본체부(10)의 상하면에 분사되어 형성되는 코팅부(40)에 의해 본체부(10)에 형성될 수 있다. 유로부(30)는 본체부(10)에 코팅액(41)이 스며들어 형성된 코팅부(40)와, 본체부(10)에 인쇄된 전극부(20)를 제외한 부분에 연료가 흐르는 영역을 생성할 수 있다. The flow path portion 30 forms a flow path for fluids such as fuel and electrolyte flowing from one end of the main body portion 10. The flow path portion 30 may extend along one direction of the body portion 10 and may be formed on the body portion 10 by a coating portion 40 that is formed by spraying on the upper and lower surfaces of the body portion 10. . The flow path portion 30 creates an area through which fuel flows except for the coating portion 40 formed by permeating the coating liquid 41 into the body portion 10 and the electrode portion 20 printed on the body portion 10. can do.

유로부(30)로 유입되는 유체는 패브릭 기반의 본체부(10)에 흡수되어, 모세관 현상(Capillary action)에 의해 셀프 펌핑(Self-Pumping)하여 유동 경로를 따라 흡수 및 유동한다. 이에, 본 발명의 패브릭 기반 유체연료전지는 별도의 외부펌프를 필요로 하지 않을 수 있다. The fluid flowing into the flow path portion 30 is absorbed into the fabric-based main body portion 10 and is absorbed and flows along the flow path by self-pumping by capillary action. Accordingly, the fabric-based fluid fuel cell of the present invention may not require a separate external pump.

유로부(30)는 감광제를 식각 또는 제거하여 형성되지 않고, 방수 가능한 코팅액(41)을 사용하여 제작되기에, 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 모든 부분이 유연성 있게 제작될 수 있는 특징이 있다. Since the flow path portion 30 is not formed by etching or removing the photoresist, but is manufactured using a waterproof coating solution 41, all parts of the fabric-based fluid fuel cell 1 can be manufactured flexibly. .

본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 상술한 바와 같이, 모든 부분에서 유연한 성질을 유지할 수 있어 의복, 웨어러블 전자기기, 인공근육 기기 등의 층류 유동 디바이스에 효율적으로 활용 가능한 특징이 있다.As described above, the fabric-based fluid fuel cell 1 of the present invention can maintain flexible properties in all parts and can be efficiently used in laminar flow devices such as clothing, wearable electronic devices, and artificial muscle devices.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면이고, 도 4는 도 3의 패브릭 기반 유체 연료전지를 A-A선으로 절단한 단면도이다.Figure 3 is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a second embodiment of the present invention, and Figure 4 is a cross-sectional view of the fabric-based fluid fuel cell of Figure 3 taken along line A-A.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a fabric-based fluid fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3 및 도 4을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 전극부(20a)의 위치 및 코팅부(40a) 형성되는 위치를 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 본체부(10), 유로부(30) 등과 관련된 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the fabric-based fluid fuel cell 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as the first described above except for the position of the electrode portion 20a and the position where the coating portion 40a is formed. It is virtually the same as the embodiment. Accordingly, detailed descriptions related to the already described main body portion 10, flow path portion 30, etc. will be omitted.

전극부(20)는 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 전극을 형성하는 것으로, 본체부(10)의 서로 다른 상하면에 각각 형성되는 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)를 포함한다.The electrode portion 20 forms the electrode of the fabric-based fluid fuel cell 1 and includes a first electrode portion 21a and a second electrode portion 22a formed on different upper and lower surfaces of the main body 10, respectively. Includes.

제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 유로부(30)와 적어도 일부가 연결되도록 본체부(10)의 상하면에 각각 인쇄될 수 있다. 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 제1 실시예와 달리, 본체부(10)의 상하면에 중첩 형성될 수 있다. 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 제1 실시예와 달리, 본체부(10)의 상하면에 마주하도록 형성될 수 있다. 여기서, 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)가 중첩 형성된다 함은, 본체부(10)의 동일한 수직선상에 형성되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 동일한 수직선상에 형성되어 본체부(10)를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 서로 다른 상하면에 인쇄되되, 본체부(10)를 중심으로 상하면에 중첩 형성되어 양극 전극과 음극 전극의 거리를 최소화할 수 있다. 또한, 제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 미리 설정된 간격 즉, 서로 간섭하여 저항이 생기지 않는 최소한의 간격을 가지도록 배치되어 패브릭 기반의 본체부(10)에서 저항이 작고 높은 전력을 생산할 수 있다.The first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a may be printed on the upper and lower surfaces of the main body portion 10, respectively, so that at least a portion of the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are connected to the flow path portion 30. Unlike the first embodiment, the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a may be formed overlapping the upper and lower surfaces of the main body portion 10. Unlike the first embodiment, the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a may be formed to face the upper and lower surfaces of the main body portion 10. Here, the fact that the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are formed overlapping may mean that they are formed on the same vertical line of the main body portion 10. That is, the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are formed on the same vertical line and can be symmetrical about the main body portion 10. The first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are printed on different upper and lower surfaces, and are formed overlapping on the upper and lower surfaces with the main body 10 as the center, thereby minimizing the distance between the anode electrode and the cathode electrode. In addition, the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are arranged to have a preset gap, that is, a minimum gap that does not interfere with each other and generate resistance, so that the resistance in the fabric-based main body 10 is small and It can produce high power.

제1 전극부(21a)와 제2 전극부(22a)는 제1 실시예에서 상술한 바와 같이, 전극의 모양으로 상하면이 레이저 커팅된 OHP 필름을 이용하여 미리 섞어 놓은 전극액(23, 24)이 본체부(10)에 스크린 인쇄(screen printing)될 수 있다.As described above in the first embodiment, the first electrode portion 21a and the second electrode portion 22a are electrode solutions 23 and 24 mixed in advance using an OHP film whose upper and lower surfaces are laser cut into the shape of the electrode. This main body portion 10 may be screen printed.

전극부(20a)의 성분으로 구성되는 전극액(23, 24)은 앞서 설명한 제1 실시예에서의 전극액(23, 24)과 동일하기에, 이와 관련된 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Since the electrode solutions 23 and 24 comprised of the components of the electrode portion 20a are the same as the electrode solutions 23 and 24 in the first embodiment described above, detailed descriptions thereof will be omitted.

코팅부(40a)는 본체부(10)의 서로 다른 면에 도포되어 유로부(30)를 형성하기 위한 것으로, 유체가 흡수되지 않고 유체의 침입 및 투과를 방지할 수 있는 성분의 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있다. 코팅부(40a)는 스텐실 기법으로 본체부(10)의 상하면에 분사되어 형성될 수 있다. 제2 실시예에 의한 코팅부(40a)는 본체부(10)에 형성되는 제2 전극부(22a)의 위치가 변경되기에 본체부(10)에 분사되는 위치가 변경될 수 있다. 이에, 미리 제작된 유로부 필름(31)의 단면 형상은 제1 실시예와 다르게 제작될 수 있으나, 전극부(20a)의 위치와 유로부(30)가 형성될 위치를 제외한 본체부(10)의 상하면에 코팅액(41)이 분사될 수 있는 형태로 제작된다. 즉, 유로부 필름(31)은 유로부(30)가 형성될 위치와 전극부(20a)의 위치를 제외한 나머지 위치에 구멍이 뚫린 관통구가 형성된다. 코팅부(40a)는 유로부 필름(31)의 관통구를 통해 분사된 코팅액(41)이 본체부(10)에 스며들어 형성된 소수성영역을 포함할 수 있다. 유로부 필름(31)의 관통구와, 전극부(20a)를 제외한 스프레이를 맞지 않은 부분에 유로부(30)가 형성될 수 있다.The coating portion 40a is applied to different surfaces of the main body 10 to form the flow path portion 30, and is a coating liquid 41 containing a component that prevents the intrusion and penetration of the fluid without absorbing the fluid. It can be formed by spraying. The coating portion 40a may be formed by spraying on the upper and lower surfaces of the main body portion 10 using a stencil technique. Since the position of the second electrode part 22a formed on the main body 10 of the coating part 40a according to the second embodiment is changed, the position at which the coating part 40a is sprayed on the main body 10 may be changed. Accordingly, the cross-sectional shape of the pre-manufactured flow path film 31 may be manufactured differently from the first embodiment, but the main body portion 10 excluding the position of the electrode portion 20a and the position where the flow path portion 30 is to be formed It is manufactured in a form that allows the coating liquid 41 to be sprayed on the upper and lower surfaces of the. That is, the passage portion film 31 has through-holes formed at locations other than the location where the passage portion 30 is to be formed and the location of the electrode portion 20a. The coating portion 40a may include a hydrophobic region formed when the coating liquid 41 sprayed through the through hole of the flow path film 31 permeates the main body portion 10. The flow path portion 30 may be formed in a portion of the flow path film 31 that is not sprayed, excluding the through hole and the electrode portion 20a.

코팅부(40)를 구성하는 성분은 일 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Since the components constituting the coating portion 40 are the same as in one embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면도이고, 도 5b는 도 5a의 패브릭 기반 유체 연료전지를 a-a선으로 절단한 단면도이고, 도 5c는 제4 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지의 정면도이고, 도 5d는 도 5c의 C부분을 확대 도시한 도면이다.FIG. 5A is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a third embodiment of the present invention, FIG. 5B is a cross-sectional view of the fabric-based fluid fuel cell of FIG. 5A taken along line a-a, and FIG. 5C is a front view of a fabric-based fluid fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention. This is a front view of the fabric-based fluid fuel cell, and FIG. 5D is an enlarged view of part C of FIG. 5C.

이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 패브릭 기반 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a fabric-based fluid fuel cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5D.

도 5를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 의한 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 전극부(20b)의 형상 및 위치, 코팅부(40b)가 형성되는 위치를 제외하면 이미 설명한 일 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 본체부(10), 유로부(30) 등과 관련된 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 5, the fabric-based fluid fuel cell 1 according to another embodiment of the present invention is similar to the previously described embodiment except for the shape and position of the electrode portion 20b and the location where the coating portion 40b is formed. They are virtually identical. Accordingly, detailed descriptions related to the already described main body portion 10, flow path portion 30, etc. will be omitted.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제3 실시예에 의한 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 전극부(20b)는 본체부(10)의 동일한 면에 형성되는 제1 전극부(21b)와 제2 전극부(22b)를 포함한다.Referring to FIGS. 5A and 5B, the electrode portion 20b of the fabric-based fluid fuel cell 1 according to the third embodiment includes the first electrode portion 21b and the first electrode portion 21b formed on the same surface of the main body 10. It includes two electrode portions 22b.

제1 전극부(21b)와 제2 전극부(22b)는 유로부(30)와 적어도 일부가 연결되도록 형성되되, 일 실시예에서와 달리, 본체부(10)의 동일한면에 인쇄될 수 있다. 제1 전극부(21b)와 제2 전극부(22b)는 동일한 평면상에 형성되어 유로부(30)를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 제1 전극부(21b)와 제2 전극부(22b)는 동일한 면에 형성되더라도, 서로 간섭하여 저항이 생기지 않는 최소한의 간격을 가지도록 배치될 수 있다.The first electrode portion 21b and the second electrode portion 22b are formed to be at least partially connected to the flow path portion 30, but, unlike in one embodiment, may be printed on the same side of the main body portion 10. . The first electrode portion 21b and the second electrode portion 22b may be formed on the same plane and may be symmetrical about the flow path portion 30. Even if the first electrode portion 21b and the second electrode portion 22b are formed on the same surface, they can be arranged to have a minimum gap that does not interfere with each other and cause resistance.

제1 전극부(21b)와 제2 전극부(22b)는 일 실시예에서 상술한 바와 같이, 전극의 모양으로 상하면이 레이저 커팅된 OHP 필름을 이용하여 미리 섞어 놓은 전극액(23, 24)이 본체부(10)에 스크린 인쇄(sbreen printing)될 수 있다.As described above in one embodiment, the first electrode portion 21b and the second electrode portion 22b are made of electrode solutions 23 and 24 mixed in advance using an OHP film whose upper and lower surfaces are laser cut into the shape of the electrode. The main body 10 may be screen printed.

또한, 전극부(20b)의 성분으로 구성되는 전극액(23, 24)은 앞서 설명한 일 실시예에서의 전극액(23, 24)과 동일하기에, 이와 관련된 구체적인 설명은 생략하도록 한다.In addition, since the electrode solutions 23 and 24 comprised of the components of the electrode portion 20b are the same as the electrode solutions 23 and 24 in the previously described embodiment, detailed descriptions thereof will be omitted.

코팅부(40b)는 본체부(10)의 상면에 분사되어 유로부(30)를 형성하기 위한 것으로, 유체가 흡수되지 않고, 유체의 침입 및 투과를 방지할 수 있는 성분의 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있다. 미리 제작된 유로부 필름(31)은 한 쌍의 전극부(20b)와 유로부(30)가 형성되는 위치를 제외한 나머지 위치에 구멍이 뚫린 관통구를 형성될 수 있다. 이에, 제3 실시예에 의한 코팅부(40b)는 유로부 필름(31)을 이용하여 한 쌍의 전극부(20b)와, 유로부(30)가 형성되는 위치를 제외한 본체부(10)의 상면에 코팅액(41)이 분사되어 형성된 소수성 영역을 포함할 수 있다. 전극부(20b)는 한 쌍이 본체부(10)의 상면에 형성되고, 하면에 형성되지 않는다. 따라서, 코팅부(40b)는 본체부(10)의 하면 전체에 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있다. The coating portion 40b is sprayed on the upper surface of the main body 10 to form the flow path portion 30, and contains a coating liquid 41 containing a component that does not absorb fluid and prevents the intrusion and penetration of fluid. It can be formed by spraying. The pre-manufactured flow path film 31 may have through-holes formed in positions other than the position where the pair of electrode parts 20b and the flow path 30 are formed. Accordingly, the coating portion 40b according to the third embodiment uses the passage portion film 31 to form a pair of electrode portions 20b and the main body portion 10 excluding the position where the passage portion 30 is formed. It may include a hydrophobic region formed by spraying the coating liquid 41 on the upper surface. A pair of electrode parts 20b is formed on the upper surface of the main body 10, but is not formed on the lower surface. Accordingly, the coating portion 40b may be formed by spraying the coating liquid 41 on the entire lower surface of the main body portion 10.

코팅부(40b)를 구성하는 성분은 일 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Since the components constituting the coating portion 40b are the same as in one embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 5c 및 도 5d를 참조하면, 제4 실시예에 의한 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 전극부(20c)는 블레이드 형태로 형성되어 본체부(10)의 동일한 면에 형성되는 제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)를 포함한다.Referring to FIGS. 5C and 5D, the electrode portion 20c of the fabric-based fluid fuel cell 1 according to the fourth embodiment is formed in a blade shape and is a first electrode portion formed on the same side of the main body 10. (21c) and a second electrode portion (22c).

제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)는 상술한 제1 실시예 내지 제3 실시예의 전극부(20)의 형상과 다르게 형성된다. 제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)는 블레이드 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 블레이드 형태라 함은, 도 5c에서 확대 도시된 제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)의 형태를 의미한다. 제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)가 블레이드와 같은 톱날 형태로 형성되면서, 유로부(30)의 형상이 다르게 설계될 수 있으며, 유로부(30)로 유입된 유체가 유동하는 경로가 증가할 수 있다.The first electrode portion 21c and the second electrode portion 22c are formed differently from the shape of the electrode portion 20 of the first to third embodiments described above. The first electrode portion 21c and the second electrode portion 22c are characterized in that they are formed in a blade shape. Here, the blade shape refers to the shape of the first electrode portion 21c and the second electrode portion 22c shown enlarged in FIG. 5C. As the first electrode portion 21c and the second electrode portion 22c are formed in a blade-like sawtooth shape, the shape of the flow path portion 30 can be designed differently, and the fluid flowing into the flow path portion 30 flows. paths may increase.

제1 전극부(21c)와 제2 전극부(22c)는 블레이드 모양으로 상하면이 레이저 커팅된 OHP 필름을 이용하여 미리 섞어 놓은 전극액(23, 24)이 본체부(10)에 스크린 인쇄(screen printing)되어 형성될 수 있다. 전극부(20c)의 성분으로 구성되는 전극액(23, 24)은 앞서 설명한 일 실시예에서의 전극액(23, 24)과 동일하기에, 이와 관련된 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The first electrode portion 21c and the second electrode portion 22c are formed by screen printing the premixed electrode solutions 23 and 24 on the main body 10 using an OHP film whose upper and lower surfaces are laser cut into a blade shape. It can be formed by printing. Since the electrode solutions 23 and 24 comprised of the components of the electrode portion 20c are the same as the electrode solutions 23 and 24 in the previously described embodiment, detailed descriptions thereof will be omitted.

코팅부(40c)는 본체부(10)의 서로 다른 면에 분사되어 유로부(30)를 형성하기 위한 것으로, 유체가 흡수되지 않고, 유체의 침입 및 투과를 방지할 수 있는 성분의 코팅액(41)이 본체부(10)에 분사되어 형성될 수 있다. 미리 제작된 유로부 필름(31)은 한 쌍의 전극부(20c)와 유로부(30c)가 형성되는 위치를 제외한 나머지 위치에 구멍이 뚫린 관통구를 포함할 수 있다. 이에, 제4 실시예에 의한 코팅부(40c)는 한 쌍의 전극부(20c)와, 유로부(30c)가 형성되는 위치를 제외한 본체부(10)의 상면에 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있다. 전극부(20c)는 한 쌍이 본체부(10)의 상면에 형성되고, 하면에 형성되지 않는다. 따라서, 코팅부(40c)는 본체부(10)의 하면 전체에 코팅액(41)이 분사되어 형성될 수 있다.The coating portion 40c is sprayed on different surfaces of the main body 10 to form the flow path portion 30, and the coating liquid 41 contains a component that prevents fluid from being absorbed and prevents fluid from entering and passing through. ) can be formed by spraying on the main body 10. The pre-manufactured flow path film 31 may include through-holes in positions other than the position where the pair of electrode parts 20c and the flow path part 30c are formed. Accordingly, in the coating portion 40c according to the fourth embodiment, the coating liquid 41 is sprayed on the upper surface of the main body 10 except for the position where the pair of electrode portions 20c and the flow path portion 30c are formed. can be formed. A pair of electrode parts 20c is formed on the upper surface of the main body 10, but is not formed on the lower surface. Accordingly, the coating portion 40c may be formed by spraying the coating liquid 41 on the entire lower surface of the main body portion 10.

코팅부(40c)를 구성하는 성분은 일 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Since the components constituting the coating portion 40c are the same as in one embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 6은 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법의 순서도이고, 도 7은 도 6에서 전극부를 인쇄하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 6에서 코팅액(41)을 분사하여 유로부를 형성하는 것을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 6에서 복수 개의 유체 연료전지를 커팅하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a flowchart of the fabric-based fluid fuel cell manufacturing method of the present invention, FIG. 7 is a diagram for explaining in more detail the printing of the electrode portion in FIG. 6, and FIG. 8 is a flowchart of the fabric-based fluid fuel cell manufacturing method in FIG. 6. FIG. This is a drawing to explain forming a flow path in more detail, and FIG. 9 is a drawing to explain an example of cutting a plurality of fluid fuel cells in FIG. 6.

이하, 도 6 내지 도 9를참조하여, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 6 to 9, the fabric-based fluid fuel cell manufacturing method of the present invention will be described in detail.

본 발명은 복수 개의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 각각 제조할 수도 있지만, 하나의 본체부(10)에 복수의 전극부(20), 유로부(30), 코팅부(40)를 인쇄 및 코팅하고 본체부(10)를 절단하여, 한 번에 다수 개의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 제조할 수도 있다. 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법에서 한번의 공정으로 다수 개의 패브릭 기반 유체 연로전지(1)를 제조하는 것에 기초하여 후술하도록 한다.In the present invention, a plurality of fabric-based fluid fuel cells 1 can be manufactured separately, but a plurality of electrode parts 20, flow path parts 30, and coating parts 40 are printed and By coating and cutting the body portion 10, multiple fabric-based fluid fuel cells 1 can be manufactured at a time. The fabric-based fluid fuel cell manufacturing method will be described later based on manufacturing a plurality of fabric-based fluid fuel cells (1) in a single process.

도 6을 참조하면, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 제조하기 위해, 모세관현상에 의해 유체의 흡수가 가능한 패브릭과 같은 섬유제품(직물, 편물, 부직포 등)등으로 이루어진 본체부(10)를 마련(S100)한다. 여기서 본체부(10)는 Paper(Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton(Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel(Cotton recruitment organization, 0.3mm, 1000nara, Korea), Span blend(Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), Polyester blend(Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea) 등으로 이루어져 패브릭 기반 유체 연료전지(1)의 기판을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, in order to manufacture the fabric-based fluid fuel cell 1 of the present invention, a main body (made of a textile product such as fabric (woven, knitted fabric, non-woven fabric, etc.) capable of absorbing fluid through capillary phenomenon) is used. 10) Prepare (S100). Here, the main body 10 is made of Paper (Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton (Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel (Cotton recruitment organization, 0.3mm, 1000nara) , Korea), Span blend (Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), Polyester blend (Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea), etc. can form the substrate of the fabric-based fluid fuel cell (1).

본체부(10)를 마련한 후에, 본체부(10)의 서로 다른 면에 전극부(20)를 인쇄(S200)한다. 전극부(20)를 인쇄하는 것과 관련하여, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.After preparing the main body 10, electrode parts 20 are printed on different sides of the main body 10 (S200). Regarding printing the electrode portion 20, it will be described in more detail with reference to FIG. 7.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본체부(10)에 전극부(20)를 인쇄하기에 앞서, 전극부(20)에 인쇄할 전극액을 혼합(S210)한다. 전극액은 촉매제(catalyst)와 그래핀(Graphene Paste)을 혼합하여 형성할 수 있다. 전극액은 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)의 무게에 따라 촉매의 양이 조절될 수 있다. 또한, 전극액은 양극 전극과 음극 전극에 해당하는 제1 전극부(21)와 제2 전극부(22)의 면적에 따라 촉매와 산촉매의 비율이 결정될 수 있다. 전극액은 2mg/cm2와 0.1mg/cm2 비율로 촉매와 산촉매(Nafion solution(Nafion stock solution: Dupont, 5%(w/w)solution, USA)를 균일하게 혼합되어 형성될 수 있다. 전극액은 1g당 촉매 37mg과 nafion은 37ul를 첨가하여 혼합하도록 한다.Referring to FIGS. 6 and 7 , prior to printing the electrode portion 20 on the main body 10, the electrode solution to be printed on the electrode portion 20 is mixed (S210). The electrode solution can be formed by mixing a catalyst and graphene paste. The amount of catalyst in the electrode solution can be adjusted depending on the weight of the first electrode unit 21 and the second electrode unit 22. Additionally, the ratio of catalyst to acid catalyst in the electrode solution may be determined depending on the area of the first electrode portion 21 and the second electrode portion 22 corresponding to the anode electrode and the cathode electrode. The electrode solution can be formed by uniformly mixing a catalyst and an acid catalyst (Nafion solution (Nafion stock solution: Dupont, 5% (w/w) solution, USA) at a ratio of 2 mg/cm2 and 0.1 mg/cm2. The electrode solution is Add 37mg of catalyst and 37ul of nafion per 1g and mix.

전극액을 혼합한 후에, 본체부(10)의 상면에 양극 전극 필름(210)을 마련(S220)한다. 양극 전극 필름(210)은 미리 제작된 OHP 필름으로, 제1 전극부(21)를 제작하기 위해 제1 전극부(21)의 모양으로 레이저 커팅하여 형성될 수 있다. 또한, 양극 전극 필름(210)을 마련하면서 양극 전극 필름(220)을 같이 마련할 수 있다. 양극 전극 필름(220)은 양극 전극 필름(210)과 마찬가지로 미리 제작된 OHP 필름으로, 제2 전극부(22)를 제작하기 위해 제2 전극부(22)의 모양으로 레이저 커팅하여 형성될 수 있다. 양극 전극 필름(210)과 양극 전극 필름(220)의 제작 시, 레이저 커팅기 설정 조건은 Power[W]-7, Speed[cm/s]-2.1, 주파수[Hz]-2000으로 설정될 수 있다. After mixing the electrode solution, a positive electrode film 210 is prepared on the upper surface of the main body 10 (S220). The anode electrode film 210 is a pre-manufactured OHP film, and can be formed by laser cutting into the shape of the first electrode part 21 to manufacture the first electrode part 21. Additionally, the anode electrode film 220 can be prepared simultaneously with the anode electrode film 210. The anode electrode film 220, like the anode electrode film 210, is a pre-manufactured OHP film, and can be formed by laser cutting into the shape of the second electrode part 22 to manufacture the second electrode part 22. . When manufacturing the anode electrode film 210 and the anode electrode film 220, the laser cutting machine setting conditions may be set to Power [W] -7, Speed [cm/s] -2.1, and Frequency [Hz] -2000.

양극 전극 필름(210)이 마련(S220)되면, 양극 전극 필름(210)을 본체부(10)의 상면에 위치시킨 후, 본체부(10)의 상면에 양극 전극액(23)을 인쇄(S230)한다. 이때, 패브릭 기반의 본체부(10)는 종이와 달리 신축성을 갖기 때문에, 양극 전극 필름(210)에 임시 고정액(75 Graphic art, 3M)를 분사하여 본체부(10)의 상면에 임시 고정시킬 수 있다. 양극 전극 필름(210)을 본체부(10)의 상면에 임시로 고정시킨 후, 양극 전극액(23)을 양극 전극 필름(210)의 일부분에 올려놓는다. 필름 어플리케이터(25)를 통해 양극 전극액(23)을 균일하게 밀어주면, 양극 전극액(23)이 양극 전극 필름(210)의 관통구를 통해 본체부(10)의 상면에 인쇄(S230)될 수 있다.When the anode electrode film 210 is prepared (S220), the anode electrode film 210 is placed on the upper surface of the main body 10, and then the anode electrode solution 23 is printed on the upper surface of the main body 10 (S230). )do. At this time, because the fabric-based main body 10 has elasticity unlike paper, the anode electrode film 210 can be temporarily fixed to the upper surface of the main body 10 by spraying a temporary fixative (75 Graphic Art, 3M) on the positive electrode film 210. there is. After temporarily fixing the anode electrode film 210 to the upper surface of the main body 10, the anode electrode solution 23 is placed on a portion of the anode electrode film 210. When the anode electrode solution 23 is pushed uniformly through the film applicator 25, the anode electrode solution 23 will be printed (S230) on the upper surface of the main body 10 through the through hole of the anode electrode film 210. You can.

양극 전극액(23)을 인쇄(S230)한 후에, 본체부(10)에 임시 고정된 양극 전극 필름(210)을 탈착하고 양극 전극 필름(220)을 마련(S240)하여 본체부(10)의 하면에 음극 전극액(24)을 인쇄(S250)한다.After printing the anode electrode solution 23 (S230), the anode electrode film 210 temporarily fixed to the main body 10 is detached and the anode electrode film 220 is prepared (S240) to form the anode electrode film 210 of the main body 10. The cathode electrode solution 24 is printed on the lower surface (S250).

양극 전극액(23)을 인쇄하는 방법과 동일한 방법으로, 양양극 전극 필름(220)을 마련(S240)하여, 음극 전극액(24)을 인쇄(S250)한다. 양극 전극 필름(220)에 임시고정스프레이를 뿌려서 양극 전극 필름(220)을 본체부(10)의 하면에 임시로 고정시킨 후, 음극 전극액(24)을 양극 전극 필름(220)의 일부분에 올려놓는다. 필름 어플리케이터(25)를 이용하여 음극 전극액(24)을 균일하게 밀어주면, 음극 전극액(24)이 양극 전극 필름(220)의 관통구를 통해 본체부(10)의 하면에 인쇄될 수 있다. 음극 전극액(24)이 인쇄된 후에, 본체부(10)에 임시 고정된 양극 전극 필름(220)을 탈착한다.In the same manner as the method of printing the anode electrode solution 23, a positive electrode film 220 is prepared (S240) and the cathode electrode solution 24 is printed (S250). After temporarily fixing the anode electrode film 220 to the lower surface of the main body 10 by spraying a temporary fixing spray on the anode electrode film 220, the cathode electrode solution 24 is placed on a portion of the anode electrode film 220. Let go. By uniformly pushing the cathode electrode solution 24 using the film applicator 25, the cathode electrode solution 24 can be printed on the lower surface of the main body 10 through the through hole of the anode electrode film 220. . After the cathode electrode solution 24 is printed, the anode electrode film 220 temporarily fixed to the main body 10 is detached.

본체부(10)는 양극 전극액(23)과 음극 전극액(24)과의 접착력을 위해, 오븐에서 120℃에서 60분 동안 가열(S260)된다.The main body 10 is heated in an oven at 120° C. for 60 minutes (S260) to ensure adhesion between the anode electrode solution 23 and the cathode electrode solution 24.

본체부(10)에 전극부(20)가 인쇄된 후에, 본체부(10)에 코팅액(41)을 분사(S300)하여 코팅부(40) 및 유로부(30)를 형성(S400)한다. 코팅액(41)을 분사(S300)하고 유로부(30)를 형성(S400)하는 것과 관련하여 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.After the electrode portion 20 is printed on the main body 10, the coating liquid 41 is sprayed on the main body 10 (S300) to form the coating portion 40 and the flow path portion 30 (S400). Spraying the coating liquid 41 (S300) and forming the flow path 30 (S400) will be described in more detail with reference to FIG. 8.

도 8을 참조하면, 본체부(10)에 전극부(20)를 인쇄(S200)한 후에, 본체부(10)에 코팅액(41)을 분사(S300)한다. Referring to FIG. 8, after printing the electrode unit 20 on the main body 10 (S200), the coating liquid 41 is sprayed on the main body 10 (S300).

본체부(10)에 코팅액(41)을 분사하기에 앞서, 본체부(10)의 상면에 유로부 필름(31)을 마련(S310)한다. 유로부 필름(31)은 직경 150mm인 필터 페이퍼(Filter Paper)(Whatman, Cat No.1, UK)를 기반으로 레이저 커팅기를 이용하여 전극부(20) 및 유로부(30)가 형성될 위치를 제외한 나머지 위치에 구멍을 뚫어 제작한다. 유로부 필름(31)은 한 회당 6개의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 제작하기 위해, 6개가 연결된 형태로 제작될 수 있다. 앞서 설명한, 양극 전극 필름(210)과 양극 전극 필름(220) 또한, 한 회당 6개의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 제작하기 위해, 6개가 연결된 형태로 제작될 수 있다.Before spraying the coating liquid 41 on the main body 10, a flow path film 31 is prepared on the upper surface of the main body 10 (S310). The flow path film 31 is based on filter paper (Whatman, Cat No. 1, UK) with a diameter of 150 mm. The position where the electrode part 20 and the flow path part 30 will be formed is cut using a laser cutting machine. It is manufactured by drilling holes in the remaining positions. The channel film 31 may be manufactured in a form of six connected pieces in order to manufacture six fabric-based fluid fuel cells 1 at a time. The anode electrode film 210 and the anode electrode film 220 described above can also be manufactured in a connected form in order to manufacture six fabric-based fluid fuel cells 1 at a time.

제작된 유로부 필름(31)을 본체부(10)의 상면에 마련(S310)한다. 유로부 필름(31)이 놓인 본체부(10)의 상면으로부터 약 20~25cm 정도 떨어진 위치에서 유로부 ㅍ필름의 상면에 코팅액(41)을 분사(S320)한다. 이때, 유로부(30)가 형성될 위치에 코팅액(41)이 번지는 것을 방지하기 위해 유로부 필름(31)에 임시 고정액을 도포하여 본체부(10)에 최대한 밀착시킨다. 다만, 전극부(20)가 임시고정액에 의해 본체부(10)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해, 유로부 필름(31)을 전극부(20)의 위치에 살짝만 올려두도록 한다.The manufactured flow path film 31 is provided on the upper surface of the main body 10 (S310). The coating liquid 41 is sprayed on the upper surface of the flow path film 31 at a distance of about 20 to 25 cm from the upper surface of the main body 10 where the flow path film 31 is placed (S320). At this time, in order to prevent the coating solution 41 from spreading in the position where the flow path 30 is to be formed, a temporary fixative is applied to the flow path film 31 to adhere it to the main body 10 as closely as possible. However, in order to prevent the electrode portion 20 from being separated from the main body 10 by the temporary fixative, the flow path film 31 is placed only slightly on the electrode portion 20.

코팅액(41)이 분사된 후, 코팅액(41)이 유로부 필름(31)의 구멍 뚫린 부분을 통해 본체부(10)에 스며들 수 있도록, 본체부(10)를 상온에서 30분간 건조시킨다. 코팅액(41)은 유로부 필름(31)의 구멍을 뚫린 부분을 통해 패브릭에 스며든 소수성영역의 코팅부(40)를 형성한다.After the coating liquid 41 is sprayed, the main body 10 is dried at room temperature for 30 minutes so that the coating liquid 41 can permeate into the main body 10 through the perforated portion of the flow path film 31. The coating liquid 41 penetrates into the fabric through the pores of the flow path film 31 and forms a coating portion 40 in the hydrophobic region.

한편, 코팅액(41)은 본체부(10)의 하면까지 스며들지 않는다. 이에, 본체부(10)를 뒤집어 본체부(10)의 하면에도 코팅액(41)을 분사 및 건조하는 과정을 반복하여 수행한다. 코팅액(41)은 유로부 필름(31)의 구멍을 뚫린 부분을 통해 패브릭에 스며들어 소수성영역의 코팅부(40)를 형성한다.Meanwhile, the coating liquid 41 does not penetrate to the lower surface of the main body 10. Accordingly, the main body 10 is turned over and the process of spraying and drying the coating liquid 41 on the lower surface of the main body 10 is repeated. The coating liquid 41 permeates the fabric through the pores of the flow path film 31 to form the coating portion 40 in the hydrophobic region.

상술한 제조 방법을 통해 제작된 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 본체부(10)에 복수 개가 형성되어 있다. 이에, 도면에 도시된 복수 개가 연결되어 제작된 유체 연료전지를 점선과 같이 절단(S500)하여, 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 형성한다.As shown in FIG. 9, a plurality of fabric-based fluid fuel cells 1 manufactured through the above-described manufacturing method are formed in one main body 10. Accordingly, the plurality of connected fluid fuel cells shown in the drawing are cut along the dotted line (S500) to form a fabric-based fluid fuel cell (1).

도 10은 패브릭 종류에 따른 시간대별 OCV값을 나타내는 그래프이고, 도 11은 패브릭 종류에 따른 최대전류밀도 값을 나타내는 그래프이고, 도 12는 패브릭 종류에 따른 최대전력밀도 값을 나타내는 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the OCV value over time according to the fabric type, Figure 11 is a graph showing the maximum current density value according to the fabric type, and Figure 12 is a graph showing the maximum power density value according to the fabric type.

이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 패브릭 종류를 선정하기 위한 시험 결과를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the test results for selecting the fabric type will be described in detail with reference to FIGS. 10 to 12.

도 1에서 상술한 5가지 재질(Paper(Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton(Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel(Cotton recruitment organization, 0.3mm, 1000nara, Korea), Span blend(Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), Polyester blend(Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea)의 본체부(10)로 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 제작한 후, OCV(Open Circuit Voltage), Linear sweep Voltammetry와 EIS를 측정하여 각각의 패브릭 재질에 따른 성능을 측정 및 비교하였다. 실험에 사용하는 연료와 전해질은 H2O2와HCl의 조합으로 진행하였고, 전극은 제3 실시예의 전극부(20b)로 진행하였다. The five materials described above in Figure 1 (Paper (Fiter paper Cat.1001-150, Whatman, 0.15mm, UK), Cotton (Sixty-naked cotton, 0.12mm, Chungage, Korea), Flannel (Cotton recruitment organization, 0.3mm , 1000nara, Korea), Span blend (Span stretch, 0.3mm, Makefabric, Korea), and the main body (10) of Polyester blend (Prism stripe, 0.15mm, Decotop, Korea) to produce a fabric-based fluid fuel cell (1). Afterwards, OCV (Open Circuit Voltage), Linear Sweep Voltammetry, and EIS were measured to measure and compare the performance of each fabric material. The fuel and electrolyte used in the experiment were a combination of H2O2 and HCl, and the electrode was used. The process proceeded to the electrode part 20b of the third example.

패브릭 종류에 따른 속도를 살펴보면, 사용한 패브릭의 재질과 두께가 서로 다르기 때문에 연료와 전해질이 만나기 시작해서 끝까지 흐르는데 걸리는 시간이 각각 다르다. 실험 결과, 패브릭 종류에 따른 속도에서 paper는 0.45±0.02, cotton은 0.45±0.04 mm2/s, Flannel은 0.194±0.008mm2/s, Span Blend는 3.23±0.15 mm2/s, Polyester Blend는 0.13±0.00 mm2/s 6으로 측정되었다. Span Blend 기반이 3.23mm2/s로 가장 빠른 속도로 측정이 되었다.Looking at the speed according to the type of fabric, because the material and thickness of the fabric used are different, the time it takes for the fuel and electrolyte to meet and flow to the end is different. As a result of the experiment, the speed according to the type of fabric was 0.45±0.02 for paper, 0.45±0.04 mm 2 /s for cotton, 0.194±0.008 mm 2 /s for flannel, 3.23±0.15 mm 2 /s for span blend, and 0.13 for polyester blend. It was measured as ±0.00 mm 2 /s 6. The Span Blend base was measured at the fastest speed at 3.23mm2/s.

도 10을 참조하여 패브릭 종류에 따른 시간별 OCV를 살펴보면, 연료전지의 효율을 정확하게 측정을 하기 위해서 유로에 도포되어 있는 전극이 충분히 젖게 된 후 10초마다 OCV값을 측정을 하여 안정된 구간이 나타나게 된 시간에서 Linear sweep등의 측정을 진행을 하였다. 실험 결과, 패브릭 종류에 따른 시간대별 OCV값에서, Paper는 0.695±0.041V, Cotton은 0.802±0.071V, Flannel는 0.534±0.027V, Polyester는 0.392±0.027V, Blend Span Blend는 0.454±0.039V로 측정되었다. 패브릭 종류에 따른 시간대별 OCV값은 패브릭이 cotton일 때 0.821v로 가장 높은 값으로 측정이 되었다.Looking at the OCV by time according to the type of fabric with reference to Figure 10, in order to accurately measure the efficiency of the fuel cell, the OCV value is measured every 10 seconds after the electrode applied to the flow path is sufficiently wet, and the time at which a stable section appears is Measurements such as linear sweep were carried out. As a result of the experiment, the OCV value over time according to the type of fabric was 0.695±0.041V for Paper, 0.802±0.071V for Cotton, 0.534±0.027V for Flannel, 0.392±0.027V for Polyester, and 0.454±0.039V for Blend Span Blend. It was measured. The OCV value over time according to fabric type was measured to be the highest at 0.821v when the fabric was cotton.

패브릭 종류에 따른 최대전류밀도와 최대전력밀도를 살펴보면, OCV값이 안정화된 지점에서 Linear sweep Voltammetry 측정법으로 각 패브릭별 최대전력밀도와 최대전류밀도를 측정하였으며, 그 측정값은 표 1과 같을 수 있다. Looking at the maximum current density and maximum power density according to the type of fabric, the maximum power density and maximum current density for each fabric were measured using the linear sweep voltammetry method at the point where the OCV value was stabilized, and the measured values can be shown in Table 1. .

PaperPaper CottonCotton FlannelFlannel Polyester BlendPolyester Blend Span BlendSpan Blend OCV
[V]
OCV
[V]
0.666
±0.001
0.666
±0.001
0.743
±0.001
0.743
±0.001
0.888
±0.001
0.888
±0.001
0.645
±0.004
0.645
±0.004
0.352
±0.004
0.352
±0.004
Max. Current density
[mA/cm2]
Max. Current density
[mA/ cm2 ]
3.32
±0.11
3.32
±0.11
1.09
±0.14
1.09
±0.14
2.39
±0.15
2.39
±0.15
0.053
±0.002
0.053
±0.002
1.85
±0.12
1.85
±0.12
Max. Power density [mW/cm2]Max. Power density [mW/cm 2 ] 0.496
±0.053
0.496
±0.053
0.181
±0.024
0.181
±0.024
0.547
±0.062
0.547
±0.062
0.007
±0.0009
0.007
±0.0009
0.159
±0.057
0.159
±0.057

도 11 및 도 12를 참조하여 최대전류밀도와 최대전력밀도를 설명하도록 한다. OCV값에서 Flannel이 0.888V로 가장 높게 측정이 되었고, 최대전류밀도 값에서도 종이를 제외하고 Flannel이 2.39mA/cm2로 가장 높게 측정이 되었으며, 최대전력밀도 값에서도 Flannel이 0.547mW/cm2로 가장 높게 측정이 되었다. The maximum current density and maximum power density will be explained with reference to FIGS. 11 and 12. In the OCV value, Flannel was measured the highest at 0.888V, and in the maximum current density value, Flannel was measured the highest at 2.39mA/cm2, excluding paper. In the maximum power density value, Flannel was measured the highest at 0.547mW/cm2. Measurement has been made.

각 패브릭별 특징을 살펴보면, 재질과 두께가 서로 각각 다르게 구성되어 재질이 Cotton이 100%일 때 성능이 좋게 측정이 되고 두께는 0.3mm일 때 높게 측정이 되어 이 두가지 변수로 인해 성능에 영향을 주었다고 판단한다.Looking at the characteristics of each fabric, the material and thickness are composed of different materials, so when the material is 100% cotton, the performance is measured as good, and when the thickness is 0.3mm, the performance is measured as high. These two variables affect the performance. judge.

이 결과를 토대로 이후 실험은 마이크로 유체 연료전지의 기반을 Flannel재질로 설정하였다.Based on these results, subsequent experiments set the basis for the microfluidic fuel cell to be flannel material.

도 13은 전극부 형상에 따른 시간대별 OCV값을 나타내는 그래프이고, 도 14a는 전극부 형상에 따른 Linear-sweep 측정 그래프이고, 도 14b는 전극부 형상에 따른 최대전력밀도와 최대전류밀도를 나타내는 그래프이고, 도 15는 전극부 형상에 따른 EIS 그래프이다.Figure 13 is a graph showing the OCV value over time according to the shape of the electrode part, Figure 14a is a linear-sweep measurement graph according to the shape of the electrode part, and Figure 14b is a graph showing the maximum power density and maximum current density according to the shape of the electrode part. , and Figure 15 is an EIS graph according to the shape of the electrode part.

이하, 도 13 및 도 15를 참조하여 전극부에 따른 연료전지 성능에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, fuel cell performance according to the electrode portion will be described in detail with reference to FIGS. 13 and 15.

제1 실시예 내지 제4 실시예의 전극부(20, 20a, 20b, 20c)의 형상에 따른 연료전지의 성능을 비교하기 위해 Linear-sweep Voltammetry와 EIS 측정을 진행하였다. 전극 형상 별 연료전지의 효율을 확실하게 측정하기 위해서 연료가 존재하는 부분을 전부 적신 후에 10초마다 OCV값을 측정을 하였으며, OCV가 안정화된 부분에서 Linear sweep Voltammetry 측정법과 EIS측정을 시작하였다. Linear-sweep voltammetry and EIS measurements were performed to compare the performance of fuel cells according to the shapes of the electrode portions 20, 20a, 20b, and 20c of the first to fourth embodiments. In order to reliably measure the efficiency of the fuel cell for each electrode shape, the OCV value was measured every 10 seconds after wetting all parts where fuel was present, and linear sweep voltammetry and EIS measurements were started at the part where the OCV was stabilized.

도 13을 참조하여 전극부 형상에 따른 시간별 COV값을 살펴보면, 제1 실시예의 전극부(20)는 0.543±0.019V, 제2 실시예의 전극부(20a)는 0.604±0.059V, 제3 실시예의 전극부(20b)는 0.534±0.027V, 제4 실시예의 전극부(20c)는 0.505±0.041V로 측정되었다. 여기서 제4 실시예에서의 전극부(20c)가 0.575V로 가장 높은 OCV 값을 나타냈다. 이후, 5분 정도 지나게 되면서 OCV 값들이 완만하게 진행이 되면서 안정화가 되었다. 그 이후에 연료전지의 성능을 측정하기 위해 Linear sweep Voltammetry와 EIS를 측정을 하였다.Looking at the COV values over time according to the shape of the electrode portion with reference to FIG. 13, the electrode portion 20 of the first embodiment is 0.543 ± 0.019V, the electrode portion 20a of the second embodiment is 0.604 ± 0.059V, and the electrode portion 20 of the third embodiment is 0.604 ± 0.059V. The electrode portion 20b was measured at 0.534±0.027V, and the electrode portion 20c of the fourth example was measured at 0.505±0.041V. Here, the electrode portion 20c in the fourth embodiment showed the highest OCV value of 0.575V. After about 5 minutes, the OCV values gradually progressed and stabilized. After that, linear sweep voltammetry and EIS were measured to measure the performance of the fuel cell.

OCV 값이 안정화된 부분에서 Linear sweep Voltammetry를 측정을 하여 연료전지의 성능을 알아보기 위해 각 전극부 형상에 따른 연료전지의 최대전력밀도와 최대전류밀도를 측정하였으며, 그 측정 값은 표 2와 같을 수 있다.In order to determine the performance of the fuel cell by measuring Linear Sweep Voltammetry in the area where the OCV value was stabilized, the maximum power density and maximum current density of the fuel cell were measured according to each electrode shape. The measured values are shown in Table 2. You can.

BasicBasic BladeBlade D. side basicD.side basic D. side centerD. side center OCV
[V]
OCV
[V]
0.888
±0.001
0.888
±0.001
0.852
±0.007
0.852
±0.007
0.921
±0.011
0.921
±0.011
0.678
±0.003
0.678
±0.003
Max. Current density [mA/cm2]Max. Current density [mA/cm 2 ] 2.39
±0.15
2.39
±0.15
1.96
±0.11
1.96
±0.11
1.74
±0.09
1.74
±0.09
1.71
±0.04
1.71
±0.04
Max. Power density [mW/cm2]Max. Power density [mW/cm 2 ] 0.547
±0.062
0.547
±0.062
0.416
±0.032
0.416
±0.032
0.401
±0.045
0.401
±0.045
0.298
±0.047
0.298
±0.047

도 14를 참조하여 전극부 형상에 따른 최대전류밀도와 최대전력밀도를 살펴보면, OCV값은 제1 실시예의 전극부(20) 형상에서 0.921V로 가장 높게 측정이 되었다. 그러나, 연료전지효율에서 중요한 것인 최대전력밀도와 최대전류밀도는 제3 실시예의 전극부(20b) 형상을 가진 연료전지가 각각 0.547mW/cm2,2.39mA/cm2로 높게 측정이 되었다. 제3 실시예의 전극부(20b) 형상에서 효율이 가장 높게 측정이 되었다.Looking at the maximum current density and maximum power density according to the shape of the electrode part with reference to FIG. 14, the OCV value was measured to be the highest at 0.921V in the shape of the electrode part 20 of the first embodiment. However, the maximum power density and maximum current density, which are important in fuel cell efficiency, were measured as high as 0.547 mW/cm2 and 2.39 mA/cm2, respectively, for the fuel cell with the electrode portion 20b shape of the third example. The highest efficiency was measured in the shape of the electrode portion 20b of the third example.

이론적으로 전극 간의 거리가 가까울수록 연료전지의 효율이 좋게 나온다. 하지만 가장 가까운 거리를 갖는 제2 실시예에서는 가장 효율이 낮게 측정이 되었는데 그 원인은 전극 간의 거리가 다른 경우에 비해 매우 가깝게 배치가 되다 보니 전극 간의 간섭이 일어나서 전력을 발생하는데 방해를 주게 되어 전력손실이 나타났다고 판단된다. 이에, 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 서로 다른 면에 배치되는 한 쌍의 전극부(20)가 서로 간섭하여 저항이 생기지 않는 최소한의 간격을 갖도록 배치된다.In theory, the closer the distance between electrodes, the better the efficiency of the fuel cell. However, in the second embodiment with the closest distance, the lowest efficiency was measured. The reason is that the distance between electrodes was placed very close compared to other cases, so interference between electrodes occurred, interfering with power generation, resulting in power loss. It is believed that this has appeared. Accordingly, in the fabric-based fluid fuel cell 1 of the present invention, a pair of electrode parts 20 disposed on different sides are arranged to have a minimum gap that does not interfere with each other and generate resistance.

도 15를 참조하여 전극부 형상에 따른 EIS 측정법으로 측정된 내부 저항을 살펴보면 표 3과 같이 나타낼 수 있다.Referring to Figure 15, the internal resistance measured by the EIS measurement method according to the shape of the electrode part can be shown as Table 3.

BasicBasic BladeBlade D. Side BasicD.Side Basic D. Side CenterD.Side Center Ohmic resistance
[Ω](R)
Ohmic resistance
[Ω]( )
316.32
±81.14
316.32
±81.14
495.89
±92.71
495.89
±92.71
385.28
±31.47
385.28
±31.47
932.65
±51.71
932.65
±51.71
Anode resistance[Ω](RCT)Anode resistance[Ω](R CT ) 854.08
±254.24
854.08
±254.24
537.79
±141.75
537.79
±141.75
752.83
±124.17
752.83
±124.17
1395.74
±347.09
1395.74
±347.09
R+ RCT R Ω + R C T 1170.4 ±154.11170.4 ±154.1 1033.68 ±103.141033.68 ±103.14 1138.11 ±109.211138.11 ±109.21 2328.39 ±331.272328.39 ±331.27

전극부 형상에 따른 내부 저항 값들을 살펴보면, 제3 실시예에 의한 전극부(20b) 형상에서 내부저항이 316.32Ω으로 제일 낮은 값을 갖게 된다. 제3 실시예는 저항값이 작다 보니 전력을 다른 전극 모양의 연료전지보다 높은 전력을 생산하게 된다. 반면, 제2 실시예에 의한 전극부(20a) 형상에서 내부저항이 932.65Ω으로 가장 높은 값을 갖게 된다. 제2 실시예는 전극 간의 간격이 너무 가깝게 설정이 되어버려서 전극 간의 간섭으로 인해 저항이 커지게 된 것으로 판단된다.도 16a와 도 16b는 산성전해질과 염기성전해질 따른 시간대별 OCV 값을 나타내는 그래프이고, 도 17a와 도 17b는 산성전해질에 따른 Linear-sweep 측정 그래프와 최대전력밀도 및 최대전류밀도를 나타내는 그래프이고, 도 18a와 도 18b는 염기성전해질에 따른 Linear-sweep 측정 그래프와 최대전력밀도 및 최대전류밀도를 나타내는 그래프이고, 도 19a와 도 19b는 산성전해질과 염기성전해질에 따른 EIS 그래프이다.Looking at the internal resistance values according to the shape of the electrode part, the shape of the electrode part 20b according to the third embodiment has the lowest internal resistance value of 316.32Ω. Because the third embodiment has a small resistance value, it produces higher power than fuel cells of other electrode shapes. On the other hand, in the shape of the electrode portion 20a according to the second embodiment, the internal resistance has the highest value of 932.65Ω. In the second embodiment, the spacing between electrodes was set too close, so it is judged that the resistance increased due to interference between electrodes. Figures 16a and 16b are graphs showing OCV values over time according to acidic electrolyte and basic electrolyte; Figures 17a and 17b are graphs showing linear-sweep measurement graphs and maximum power density and maximum current density according to acidic electrolyte, and Figures 18a and 18b are graphs showing linear-sweep measurement graphs and maximum power density and maximum current according to basic electrolyte. It is a graph showing density, and Figures 19a and 19b are EIS graphs according to acidic electrolyte and basic electrolyte.

이하, 도 16 내지 도 19를 참조하여 연료와 전해질에 따른 성능에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, performance according to fuel and electrolyte will be described in detail with reference to FIGS. 16 to 19.

앞선 실험에서 사용한 과산화수소와 염산의 조합 외에 선행연구를 바탕으로 마이크로 유체 연료전지의 연료와 전해질을 다르게 하여 연료전지의 성능을 비교 측정을 진행하였다. 연료에 산성 전해질과 염기성 전해질을 조합하였다. 연료와 전해질 간의 조합은 표 4와 같을 수 있다. In addition to the combination of hydrogen peroxide and hydrochloric acid used in the previous experiment, the performance of the microfluidic fuel cell was compared and measured by using different fuels and electrolytes based on previous research. Acidic electrolyte and basic electrolyte were combined in the fuel. Combinations between fuel and electrolyte may be as shown in Table 4.

연료fuel 전해질electrolyte H2O2 H 2 O 2 HClHCl H2O2 H 2 O 2 H2SO4 H2SO4 HCOOHHCOOH KCOOHKCOOH CH3OHCH 3 OH H2O2 H 2 O 2 NaOHNaOH HCOOHHCOOH KCOOHKCOOH KOHKOH CH3OHCH 3 OH

연료와 전해질의 조합에 따른 연료전지의 성능을 측정하기 위해 Linear-sweep Voltammetry와 EIS 측정을 진행하였다.연료와 전해질별 마이크로 유체 연료전지의 효율을 확실하게 측정하기 위해서 연료가 존재하는 부분을 전부 적신 후에 10초마다 OCV값을 측정을 하였다. OCV가 안정화된 부분에서 Linear sweep Voltammetry 측정법과 EIS측정을 시작하였다. Linear-sweep voltammetry and EIS measurements were conducted to measure the performance of the fuel cell according to the combination of fuel and electrolyte. In order to reliably measure the efficiency of the microfluidic fuel cell for each fuel and electrolyte, all parts where fuel was wet were wetted. Afterwards, the OCV value was measured every 10 seconds. Linear sweep voltammetry and EIS measurements were started in the area where OCV was stabilized.

도 16을 참조하여 연료와 전해질의 조합별 시간에 따른 OCV 값을 살펴보면, 연료와 산성전해질 조합에 따른 시간대별 OCV 값은 H2O2+HCl이 0.534±0.027V, H2O2+H2SO4이 0.474±0.031V, HCOOH+H2SO4이 0.283±0.015V, KCOOH+H2SO4이 0.397±0.029V, CH3OH+H2SO4이 0.254±0.018V로 측정되었다. Looking at the OCV values over time for each combination of fuel and electrolyte with reference to Figure 16, the OCV values over time for each combination of fuel and acidic electrolyte are 0.534±0.027V for H2O2+HCl, 0.474±0.031V for H2O2+H2SO4, and HCOOH. +H2SO4 was measured at 0.283±0.015V, KCOOH+H2SO4 at 0.397±0.029V, and CH3OH+H2SO4 at 0.254±0.018V.

또한, 연료와 염기성전해질 조합에 따른 시간대별 OCV 값은 값은 H2O2+NaOH이 0.474±0.037V, HCOOH+NaOH이 0.265±0.017V, KCOOH+KOH이 0.0397±0.0035V, CH3OH+KOH이 0.0287±0.0017로 측정되었다.In addition, the OCV value over time according to the combination of fuel and basic electrolyte is 0.474±0.037V for H2O2+NaOH, 0.265±0.017V for HCOOH+NaOH, 0.0397±0.0035V for KCOOH+KOH, and 0.0287±0.0017 for CH3OH+KOH. was measured.

9가지의 조합 중에서 OCV 값은 기존에 사용하던 과산화수소와 염산의 조합이 0.575V로 가장 높게 측정이 되었다. 보편적으로 산성전해질을 사용한 Solution이 염기성전해질을 사용한 것보다 높게 측정이 되었다.Among the 9 combinations, the OCV value of the previously used combination of hydrogen peroxide and hydrochloric acid was measured to be the highest at 0.575V. In general, solutions using acidic electrolytes were measured higher than those using basic electrolytes.

연료와 전해질에 따른 연료전지의 성능을 측정하기 위해서 OCV 값이 안정화된 부분에서 Linear-sweep Voltammetry와 활용을 하여 최대전류밀도와 최대전력밀도를 측정하였다. 표 5는 연료와 산성전해질 조합에 따른 연료전지 성능을 나타내는 표이고, 표 6은 연료와 염기성전해질 조합에 따른 연료전지 성능을 나타내는 표이다.In order to measure the performance of the fuel cell according to the fuel and electrolyte, the maximum current density and maximum power density were measured using Linear-sweep Voltammetry in the area where the OCV value was stabilized. Table 5 is a table showing fuel cell performance according to the combination of fuel and acidic electrolyte, and Table 6 is a table showing fuel cell performance according to the combination of fuel and basic electrolyte.

H2O2+HClH 2 O 2 +HCl H2O2+H2SO4 H 2 O 2 +H 2 SO 4 HCOOH+H2SO4 HCOOH+H 2 SO 4 KCOOH+H2SO4 KCOOH+H 2 SO 4 CH3OH+H2SO4 CH 3 OH+H 2 SO 4 OCV
[V]
OCV
[V]
0.888
±0.001
0.888
±0.001
0.741
±0.002
0.741
±0.002
0.428
±0.004
0.428
±0.004
0.471
±0.003
0.471
±0.003
0.634
±0.002
0.634
±0.002
Max. Current density
[mA/cm2]
Max. Current density
[mA/ cm2 ]
2.39
±0.15
2.39
±0.15
1.12
±0.12
1.12
±0.12
1.87
±0.09
1.87
±0.09
1.42
±0.18
1.42
±0.18
3.05
±0.38
3.05
±0.38
Max. Power density [mW/cm2]Max. Power density [mW/cm 2 ] 0.547
±0.062
0.547
±0.062
0.212
±0.015
0.212
±0.015
0.226
±0.046
0.226
±0.046
0.168
±0.014
0.168
±0.014
0.484
±0.055
0.484
±0.055
pHpH 1.141.14 1.411.41 2.12.1 1.351.35 2.12.1

H2O2+NaOHH 2 O 2 +NaOH HCOOH+NaOHHCOOH+NaOH KCOOH+KOHKCOOH+KOH CH3OH+KOHCH 3 OH+KOH OCV
[V]
OCV
[V]
0.351
±0.009
0.351
±0.009
0.537
±0.004
0.537
±0.004
0.101
±0.002
0.101
±0.002
0.061
±0.001
0.061
±0.001
Max. Current density
[mA/cm2]
Max. Current density
[mA/ cm2 ]
0.156
±0.024
0.156
±0.024
0.335
±0.015
0.335
±0.015
0.225
±0.11
0.225
±0.11
0.03
±0.003
0.03
±0.003
Max. Power density
[mW/cm2]
Max. Power density
[mW/cm 2 ]
0.013
±0.002
0.013
±0.002
0.045
±0.0049
0.045
±0.0049
0.0067
±0.001
0.0067
±0.001
0.00041
±0.00001
0.00041
±0.00001
pHpH 12.312.3 3.43.4 1414 1414

도 17 및 도 18을 참조하여 연료와 전해질에 따른 최대전류밀도와 최대전력밀도를 살펴보면, 최대전력밀도는 과산화수소와 염산조합에서 0.888V, 0.547mW/cm2으로 가장 높게 측정이 되었고, 최대전류밀도는 메탄올과 황산조합에서 3.05mA/cm2로 가장 높게 측정이 되었다.Looking at the maximum current density and maximum power density according to fuel and electrolyte with reference to Figures 17 and 18, the maximum power density was measured to be the highest in the combination of hydrogen peroxide and hydrochloric acid at 0.888V, 0.547mW/cm2, and the maximum current density was The highest value was measured at 3.05 mA/cm2 in the combination of methanol and sulfuric acid.

산성전해질이 사용된 그룹과 염기성전해질을 사용한 그룹을 비교하면, 염기성전해질을 사용한 조합이 산성전해질을 사용한 그룹에 비해 현격히 성능이 떨어진다. 그 이유는 연료전지의 성능이 pH와 상관성이 있다. pH는 측정기(pH testr 30, Eutech, Singapore)를 연료에 반응부분을 담궈서 측정하였다. 산성매질을 사용할 때가 염기성매질을 사용할 때 보다 산소 포화농도가 25% 높기 때문에 산성이 염기성보다 성능을 좋게 나타나는 것으로 판단된다.When comparing the group using acidic electrolyte and the group using basic electrolyte, the performance of the combination using basic electrolyte was significantly lower than that of the group using acidic electrolyte. The reason is that the performance of fuel cells is correlated with pH. pH was measured by immersing the reaction part in fuel using a meter (pH testr 30, Eutech, Singapore). When using an acidic medium, the oxygen saturation concentration is 25% higher than when using a basic medium, so it is believed that acidic media performs better than basic media.

염기성전해질을 사용한 그룹에서 포름산과 수산화나트륨을 조합한 것이 OCV, 최대전류밀도, 최대전력밀도가 각각 0.537V, 0.335mA/cm2,0.045mW/cm2로 가장 높게 측정이 되었는데 이것 또한 pH와 연관성이 있다. 이 조합은 Ph 값이 3.4로 측정되어 산성을 띄지만 나머지 3가지 조합에서는 pH값이 12~14로 염기성을 띄게 되면서 산소포화도가 포름산을 사용한 것이 가장 좋은 성능을 보였다고 판단된다.In the group using basic electrolyte, the combination of formic acid and sodium hydroxide measured the highest OCV, maximum current density, and maximum power density of 0.537V, 0.335mA/cm2, and 0.045mW/cm2, respectively, which are also related to pH. . This combination has a pH value of 3.4 and is acidic, but the remaining three combinations have a basic pH value of 12 to 14, so it is judged that the oxygen saturation using formic acid showed the best performance.

산성전해질을 사용한 그룹에서 연료별 비교를 하게 되면 과산화수소, 메탄올, 포름산, 포름산칼륨 순으로 최대전력밀도가 높게 나와 성능이 좋게 측정이 되었는데 각 연료별로 사용을 하였던 전극의 촉매들의 Oxidation Kinetics에서 영향이 생기게 되어서 Al을 사용하는 과산화수소반응물이 성능이 높게 나왔다고 판단이 된다.When comparing fuels in the group using acid electrolyte, the maximum power density was high in the order of hydrogen peroxide, methanol, formic acid, and potassium formate, indicating good performance. Oxidation kinetics of the electrode catalysts used for each fuel were affected. Therefore, it was judged that the hydrogen peroxide reactant using Al had high performance.

도 19를 참조하여 연료와 전해질에 따른 EIS측정법으로 측정된 내부저항 그래프를 살펴보면, 연료와 산성전해질 조합을 한 그룹에서는 과산화수소와 염산을 조합한 것이 316.32Ω으로 가장 낮은 저항으로 측정되었다. 또한, 연료와 염기성전해질을 사용한 그룹에서는 포름산칼륨과 수산화칼륨을 조합한 것이 240.17Ω으로 가장 낮은 저항으로 측정이 되었다.Referring to Figure 19, looking at the internal resistance graph measured by the EIS measurement method according to fuel and electrolyte, in the group combining fuel and acid electrolyte, the combination of hydrogen peroxide and hydrochloric acid was measured as the lowest resistance at 316.32Ω. Additionally, in the group using fuel and basic electrolyte, the combination of potassium formate and potassium hydroxide measured the lowest resistance at 240.17Ω.

도 20은 연료전지의 stop flow 상태의 지속시간 그래프이고, 도 21은 연료전지의 Continuous Flow 상태의 지속시간 그래프이다.Figure 20 is a graph of the duration of the stop flow state of the fuel cell, and Figure 21 is a graph of the duration of the continuous flow state of the fuel cell.

이하, 도 20 내지 도 21을 참조하여 상술한 실험에서 각 연료별 성능이 좋게 나온 전해질의 조합을 사용한 패브릭 기반 마이크로 유체 연료전지와 종래의 종이 기반 마이크로 유체 연료전지와 비교하여 측정한 성능 지속시간을 설명하도록 한다. 패브릭 기반 유체 연료전지(1)와 종이 기반 유체 연료전지의 Continuous Flow상태와 Stop Flow상태일 때 성능 지속시간을 측정하도록 한다. Continuous Flow는 Chronopotentiometry측정법으로 진행하고 인가전류값을 2.2mA(10mA/cm2)이고 Stop Flow는 Chronoamperometry측정법으로 측정을 하고 설정 인가전압값은 OCV의 절반값으로 진행하였다. Hereinafter, with reference to FIGS. 20 and 21, the performance duration measured by comparing the fabric-based microfluidic fuel cell using a combination of electrolytes that showed good performance for each fuel in the above-described experiment and the conventional paper-based microfluidic fuel cell is compared. Let me explain. The performance duration of the fabric-based fluid fuel cell (1) and the paper-based fluid fuel cell is measured in Continuous Flow and Stop Flow states. Continuous Flow was measured using Chronopotentiometry, and the applied current value was 2.2mA (10mA/cm2). Stop Flow was measured using Chronoamperometry, and the set applied voltage value was half of OCV.

표 7과 표 8에서 Chronopotentiometry 설정조건과, Chronoamperometry 설정조건을 나타낸다.Table 7 and Table 8 show the Chronopotentiometry setting conditions and Chronoamperometry setting conditions.

ItemItem ValueValue Current [mA]Current [mA] 2.22.2 Interval time [s]Interval time [s] 300300 Current Range [mA]Current Range [mA] 1One Potential Range[V]Potential Range[V] 1010

ItemItem ValueValue

Voltage [V]


Voltage [V]
0.333
0.445
0.214
0.236
0.317
0.333
0.445
0.214
0.236
0.317
Interval time [s]Interval time [s] 6060 Current Range [mA]Current Range [mA] 1One

도 20을 참조하여 Chronoamperometry 측정법을 이용한 Stop Flow 상태의 지속시간을 살펴보면, 전극이 전부 적셔진 후부터 측정하여 사용된 연료의 양은 0.039ml이다. 측정을 끝내는 지점을 전류값이 ‘0’으로 도달한 시간까지 실험을 진행하였다. Stop Flow 상태의 지속시간이 Paper(H2O2+HCl)는 25±1.5min, Fabric(H2O2+HCl)은 90±2.5min, Fabric(HCOOH+H2SO4)은 72±3.5min, Fabric(KCOOH+H2SO4)은 48±2.0min, Fabric(CH3OH+H2SO4)은 89±1.5min으로 측정된다. 측정한 결과 H2O2연료를 사용한 패브릭 기반 유체 연료전지(1)가 90분으로 지속시간이 가장 높게 측정이 되었고 비교군으로 측정을 하였던 종이 기반 유체 연료전지는 25분의 지속시간으로 측정되었다. 패브릭을 기반으로 하였을 때 종이를 기반으로 할 때보다 지속시간이 월등히 증가한다는 것을 알 수 있다.Looking at the duration of the stop flow state using the chronoamperometry measurement method with reference to FIG. 20, the amount of fuel used, measured after the electrodes were fully wet, was 0.039ml. The experiment was carried out from the point where the measurement ended until the time when the current value reached ‘0’. The duration of the stop flow state is 25 ± 1.5 min for Paper (H2O2 + HCl), 90 ± 2.5 min for Fabric (H2O2 + HCl), 72 ± 3.5 min for Fabric (HCOOH + H2SO4), and 72 ± 3.5 min for Fabric (KCOOH + H2SO4). Measured at 48±2.0min, Fabric (CH3OH+H2SO4) is measured at 89±1.5min. As a result of the measurement, the fabric-based fluid fuel cell (1) using H2O2 fuel was measured to have the highest duration of 90 minutes, and the paper-based fluid fuel cell measured as a comparison group was measured to have a duration of 25 minutes. It can be seen that when it is based on fabric, the duration increases significantly compared to when it is based on paper.

도 21을 참조하여 Chronopotentiometry 측정법을 이용한 Continuous Flow상태의 지속시간을 살펴보면, Paper(H2O2+HCl)는 77±8min, Fabric(H2O2+HCl)은 600±21min. Fabric(HCOOH+H2SO4) 220±17min, Fabric(KCOOH+H2SO4) 205±16min, Fabric(CH3OH+H2SO4) 185±21min으로 측정된다. Continuous Flow상태의 지속시간이 H2O2연료를 사용한 패브릭 유체 연료전지가 10시간으로 지속시간이 가장 높게 측정이 되었다. 측정되는 전압값이 초기의 전압값의 절반에 도달한 시간까지 실험을 진행하였고, 패브릭 기반으로 이루어진 것이 종이기반보다 더 긴 지속시간을 가지게 되었다. 패브릭이 종이보다 내구성이 좋아서 더 오랜 지속시간동안 전력을 내었다고 판단이 된다.Referring to Figure 21, looking at the duration of the continuous flow state using the chronopotentiometry measurement method, paper (H2O2 + HCl) was 77 ± 8 min, and fabric (H2O2 + HCl) was 600 ± 21 min. Fabric (HCOOH + H2SO4) is measured as 220 ± 17 min, Fabric (KCOOH + H2SO4) 205 ± 16 min, Fabric (CH3OH + H2SO4) 185 ± 21 min. The duration of the continuous flow state was measured to be the highest for the fabric fluid fuel cell using H2O2 fuel at 10 hours. The experiment was conducted until the measured voltage value reached half of the initial voltage value, and the fabric-based one had a longer duration than the paper-based one. It is believed that fabric is more durable than paper, so it generates power for a longer period of time.

실험결과 연료를 H2O2를 연료를 사용을 한 연료전지가 가장 높게 측정되었다. 이에, 표 9에서와 같이, H2O2를 연료로 쓰는 선행연구와 패브릭 기반 유체 연료전지(1)를 비교하였다. 패브릭 기반 유체 연료전지(1)가 선행연구보다 최대전력밀도와 최대전류밀도는 가장 낮게 측정이 되었지만 지속시간의 경우는 월등히 좋은 지속시간을 갖는 것을 알 수 있다.As a result of the experiment, the fuel cell using H2O2 as fuel measured the highest. Accordingly, as shown in Table 9, the fabric-based fluid fuel cell (1) was compared with previous studies using H2O2 as fuel. Although the fabric-based fluid fuel cell (1) measured the lowest maximum power density and maximum current density compared to previous studies, it can be seen that it has a much better duration.

순번turn 논문thesis 연료/산화제Fuel/oxidizer 전극electrode 전력밀도power density
(mW/cm(mW/cm 22 ))
전류밀도current density
(mA/cm(mA/cm 22 ))
지속시간duration
(Min)(Min)
[5][5] Paper-based membraneless hydrogen peroxide fuel cell prepared by micro-fabricationPaper-based membraneless hydrogen peroxide fuel cell prepared by micro-fabrication 1M H2O2+0.1MHCl1M H 2 O 2 +0.1MHCl CarbonCarbon 0.810.81 5.35.3 50
(Stop flow)
50
(Stop flow)
[6][6] A Paper-Based Microfluidic Fuel Cell with Hydrogen Peroxide as Fuel and OxidantA Paper-Based Microfluidic Fuel Cell with Hydrogen Peroxide as Fuel and Oxidant 2M H2O2+1.5MH2SO4 2M H 2 O 2 +1.5MH 2 SO 4 CNTCNTs 0.880.88 10.310.3 3
(Continuous flow)
3
(Continuous flow)
[7][7] An improved alkaline direct formate paper microfluidic fuel cellAn improved alkaline direct formate paper microfluidic fuel cell 7.3M H2O2, 5M KCOOH7.3MH 2 O 2 , 5M KCOOH CarbonCarbon 2.532.53 11.511.5 -- 본연구Main study 1M H2O2+0.5MHCl1M H 2 O 2 +0.5MHCl Graphene PasteGraphene Paste 0.5470.547 2.372.37 600
(Continuous flow)
600
(Continuous flow)

표 10을 참조하여 패브릭 기반 유체 연료전지(1)와 비교를 하게 되면 순번 4는 전기화학 연료전지이고 나머지는 마이크로바이오 연료전지이다. 본 발명의 패브릭 기반 유체 연료전지(1)는 마이크로 바이오 연료전지보다 더 좋은 성능과 지속시간을 갖으며, 순번 선행연구와 비교할 경우 성능은 좋지 못하였지만 지속시간면에서 더 좋은 성능을 나타낸다. When comparing with the fabric-based fluid fuel cell (1) with reference to Table 10, number 4 is an electrochemical fuel cell and the rest are microbio fuel cells. The fabric-based fluid fuel cell (1) of the present invention has better performance and duration than the micro bio fuel cell, and when compared to previous studies, the performance was not good, but it showed better performance in terms of duration.

순번turn 논문thesis 연료/산화제Fuel/oxidizer 전극electrode 전력밀도power density
(mW/cm(mW/cm 22 ))
전류밀도current density
(mA/cm(mA/cm 22 ))
지속시간duration
(Min)(Min)
[4][4] , Fabric-based alkaline direct formate microfluidic fuel cells
, Fabric-based alkaline direct formate microfluidic fuel cells
7.3M H2O2
5M KCOOH
7.3MH 2 O 2
5M KCOOH
CarbonCarbon 1.671.67 7.867.86 240
(Continuous flow)
240
(Continuous flow)
[14][14] Flexible and Stretchable Biobatteries: Monolithic Integration of Membrane-Free Microbial Fuel Cells in a Single Textile LayerFlexible and Stretchable Biobatteries: Monolithic Integration of Membrane-Free Microbial Fuel Cells in a Single Textile Layer -- PEDOT:PSSPEDOT:PSS 0.00640.0064 0.0520.052 -- [15][15] Wearable textile-based glucose fyel cell using moisture management fabrics for improved & long-term power generationWearable textile-based glucose fyel cell using moisture management fabrics for improved & long-term power generation Glucose in PBSGlucose in PBS CarbonCarbon 0.0170.017 0.230.23 200(Continuous flow)200(Continuous flow) 본연구Main study 1M H2O2+0.5MHCl1M H 2 O 2 +0.5MHCl Graphene PasteGraphene Paste 0.5470.547 2.372.37 600600

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 embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, those skilled in the art will recognize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will understand. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

1, 1a, 1b, 1c: 패브릭 기반 유체 연료전지
10: 본체부
20, 20a, 20b, 20c: 전극부
21, 21a, 21b, 21c: 제1 전극부
22, 22a, 22b, 22c: 제2 전극부
23: 양극 전극액
24: 음극 전극액
25: 필름 어플리케이터
30, 30c: 유로부
31: 유로부 필름
40, 40a, 40b 40c: 코팅부
41: 코팅액
1, 1a, 1b, 1c: Fabric-based fluid fuel cell
10: main body
20, 20a, 20b, 20c: electrode part
21, 21a, 21b, 21c: first electrode portion
22, 22a, 22b, 22c: second electrode portion
23: Anode electrode solution
24: cathode electrode solution
25: Film applicator
30, 30c: Eurobu
31: Eurobu Film
40, 40a, 40b 40c: Coating part
41: coating liquid

Claims (14)

패브릭으로 형성된 본체부;
상기 본체부에 형성되며, 유체가 유동하는 유로부;
톱날 모양의 블레이드 형태로 형성되어 상기 유로부와 일부가 연결되도록 상기 본체부에 인쇄되는 한 쌍의 전극부; 및
유체가 흡수되지 않는 성분으로 구성되며, 상기 본체부의 외측면에 도포되어 상기 유로부를 형성하는 코팅부;
를 포함하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
A main body formed of fabric;
A flow path portion formed in the main body through which fluid flows;
a pair of electrode parts formed in the form of sawtooth blades and printed on the main body so that a portion is connected to the flow path part; and
A coating portion composed of a component that does not absorb fluid and applied to the outer surface of the main body portion to form the flow path portion;
A fabric-based fluid fuel cell comprising a.
제1항에 있어서,
상기 전극부는 상기 본체부의 상면에 인쇄되는 제1 전극부와 상기 본체부의 하면에 인쇄되는 제2 전극부를 포함하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 1,
The electrode unit is a fabric-based fluid fuel cell including a first electrode unit printed on the upper surface of the main body unit and a second electrode unit printed on the lower surface of the main body unit.
제2항에 있어서,
상기 제1 전극부와 제2 전극부는 미리 설정된 거리만큼 이격되어 형성되는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 2,
A fabric-based fluid fuel cell in which the first electrode portion and the second electrode portion are formed spaced apart by a preset distance.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극부는 상기 본체부의 서로 다른 면에 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 1,
A fabric-based fluid fuel cell, characterized in that the pair of electrode parts are formed to overlap each other on different surfaces of the main body part.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극부는 상기 본체부에 상기 유로부를 중심으로 대칭을 이루도록 위치하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 1,
A fabric-based fluid fuel cell in which the pair of electrode parts are positioned in the main body to be symmetrical about the flow path part.
제1항에 있어서,
상기 코팅부는 아크릴(Acrylic) 성분을 포함하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 1,
The coating portion is a fabric-based fluid fuel cell containing an acrylic component.
제1항에 있어서,
상기 코팅부는 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 유성잉크(oiliness ink, Schmierfδhigkeit ink) 성분 중 적어도 하나를 포함하는 패브릭 기반 유체 연료전지.
According to paragraph 1,
A fabric-based fluid fuel cell wherein the coating portion includes at least one of polydimethylsiloxane (PDMS) or oiliness ink (Schmierfδhigkeit ink).
패브릭 기반의 본체부를 마련하는 단계;
상기 본체부에 톱날 모양의 블레이드 형태로 형성되는 한 쌍의 전극부를 인쇄하는 단계; 및
상기 본체부의 외측면에 코팅액을 분사하여 유체가 유동하는 유로부를 형성하는 단계;
를 포함하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
Preparing a fabric-based main body;
Printing a pair of electrode parts formed in the shape of a sawtooth blade on the main body; and
Spraying a coating liquid on the outer surface of the main body to form a flow path through which fluid flows;
Fabric-based fluid fuel cell manufacturing method comprising.
제8항에 있어서,
상기 전극부를 인쇄하는 단계는,
상기 본체부의 상면에 제1 전극부를 인쇄하고, 상기 본체부의 하면에 제2 전극부를 인쇄하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 8,
The step of printing the electrode part is,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method in which a first electrode part is printed on the upper surface of the main body part and a second electrode part is printed on the lower surface of the main body part.
제9항에 있어서,
상기 전극부를 인쇄하는 단계는,
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 미리 설정된 간격을 가지도록 상기 본체부에 인쇄하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 9,
The step of printing the electrode part is,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method for printing the main body portion so that the first electrode portion and the second electrode portion have a preset gap.
제8항에 있어서,
상기 전극부를 인쇄하는 단계는,
상기 한 쌍의 전극부가 상기 본체부의 서로 다른 면에 중첩되도록 인쇄하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 8,
The step of printing the electrode part is,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method in which the pair of electrode parts are printed so that they overlap on different sides of the main body.
제8항에 있어서,
상기 전극부를 인쇄하는 단계는,
상기 한 쌍의 전극부가 상기 유로부를 중심으로 상기 본체부의 서로 다른 면에 대칭을 이루도록 인쇄하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 8,
The step of printing the electrode part is,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method in which the pair of electrode parts are printed symmetrically on different surfaces of the main body with respect to the flow path part.
제8항에 있어서,
상기 유로부를 형성하는 단계에서,
아크릴(Acrylic) 성분을 포함하는 상기 코팅액을 분사하여 유체가 유동하는 상기 유로부를 형성하는 것을 특징으로 하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 8,
In the step of forming the flow path portion,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method, characterized in that the flow path portion through which the fluid flows is formed by spraying the coating liquid containing an acrylic component.
제8항에 있어서,
상기 유로부를 형성하는 단계에서,
상기 코팅액은 다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 유성잉크(oiliness ink) 성분 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 패브릭 기반 유체 연료전지 제조방법.
According to clause 8,
In the step of forming the flow path portion,
A fabric-based fluid fuel cell manufacturing method, wherein the coating liquid contains at least one of dimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS) or oiliness ink.
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