KR20200079423A - 연료 전지 - Google Patents

연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20200079423A
KR20200079423A KR1020190165521A KR20190165521A KR20200079423A KR 20200079423 A KR20200079423 A KR 20200079423A KR 1020190165521 A KR1020190165521 A KR 1020190165521A KR 20190165521 A KR20190165521 A KR 20190165521A KR 20200079423 A KR20200079423 A KR 20200079423A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
cathode
anode
particle beam
supply unit
Prior art date
Application number
KR1020190165521A
Other languages
English (en)
Inventor
정문연
송동훈
신동호
이상균
조원배
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Publication of KR20200079423A publication Critical patent/KR20200079423A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04216—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes characterised by the choice for a specific material, e.g. carbon, hydride, absorbent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 연료 전지를 개시한다. 연료 전지는, 전해질 블록과, 상기 전해질 블록의 일측에 배치된 애노드와, 상기 애노드에 인접하여 배치되어 상기 애노드에 공기를 제공하는 공기 공급부와, 상기 전해질 블록의 타측에 배치된 캐소드와, 상기 캐소드에 인접하여 배치되어 상기 캐소드에 연료를 제공하는 연료 공급부와, 상기 연료 공급부에 인접하여 배치되고, 상기 연료에 입자 빔을 제공하여 수소 이온의 생성 효율을 증가시키는 입자 생성기를 포함한다.

Description

연료 전지{fuel cell}
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로, 구체적으로 입자빔 생성기를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는 수소 가스(H2)와 산소 가스(O2)를 반응시켜 전기 에너지를 생성하는 장치로서, 막-전극 어셈블리 (Membrane Electrode Assembly; MEA)를 포함하고 있다. 상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온(H+)이 전달되는 전해질막(electrolyte membrane)을 사이에 두고, 양측으로 수소 가스(H2)가 공급되는 애노드(anode)와 공기가 공급되는 캐소드cathode)를 포함할 수 있다. 상기 막-전극 어셈블리와 분리판이 순차적으로 적층된 것을 연료전지스택이라 칭하여질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수소 이온의 생성 효율을 증가시킬 수 있는 연료 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명은 연료 전지를 개시한다. 연료 전지는 전해질 블록; 상기 전해질 블록의 일측에 배치된 애노드; 상기 애노드에 인접하여 배치되어 상기 애노드에 공기를 제공하는 공기 공급부; 상기 전해질 블록의 타측에 배치된 캐소드; 상기 캐소드에 인접하여 배치되어 상기 캐소드에 연료를 제공하는 연료 공급부; 및 상기 연료 공급부에 인접하여 배치되고, 상기 연료에 입자 빔을 제공하여 수소 이온의 생성 효율을 증가시키는 입자 빔 생성기를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 전지는 입자 빔 생성기를 이용하여 수소 가스의 연료에 입자 빔을 충돌시켜 수소 이온의 생성 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 연료 전지의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 입자 빔 생성기의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 개념에 따른 연료 전지의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 입자 빔 생성기의 일 예를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 챔버, 박막, 코팅은 일반적인 반도체 및 장치 용어들로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 연료 전지(100)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 연료 전지(100)는 전해질 블록(10), 애노드(20), 공기 공급부(30), 캐소드(40), 연료 공급부(50), 및 입자 빔 생성기(60)를 포함할 수 있다.
전해질 블록(10)은 애노드(20)와 캐소드(40) 사이에 배치될 수 있다. 전해질 블록(10)은 이온 전도성 고분자막을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 수소 이온(H+)이 전해질 블록(10) 내에 제공되면, 전해질 블록(10)은 수소 이온(H+)을 캐소드(40)에서 애노드(20)로 전달하여 부하(12)에 전류(14)를 흘릴 수 있다.
애노드(20)는 전해질 블록(10)의 일측에 배치될 수 있다. 애노드(20)는 부하(12)의 일측에 연결될 수 있다. 부하(12)는 전자기기, 또는 배터리를 포함할 수 있다. 수소 이온(H+)과 산소 가스(O2)가 결합하여 물(H2O)을 생성시키면, 애노드(20)는 정공을 부하(12)를 제공할 수 있다. 즉, 애노드(20)는 전자(e-)를 부하(12)로부터 제공받아, 전류(14)를 생성시킬 수 있다.
공기 공급부(30)는 애노드(20)에 인접하여 배치될 수 있다. 공기 공급부(30)는 애노드(20)에 연결된 공기 배관(32)을 가질 수 있다. 공기 공급부(30)는 공기 배관(32) 내에 공기(34)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 공기(34)는 산소 가스(O2)를 포함할 수 있다. 공기 공급부(30)는 팬을 포함할 수 있다. 공기(34)의 산소 가스(O2)는 애노드(20)의 내부 또는 외부에서 연료(54)의 수소 이온(H+)과 결합하여 물(H2O)로 변환될 수 있다. 이에 앞서, 산소 가스(O2)는 산소 이온(2O2+)으로 변환 후에 수소 이온(H+)과 결합할 수 있다. 공기(34)가 공기 배관(32)의 일단으로 제공되면, 물(H2O)은 공기 배관(32)의 타단으로 배출될 수 있다.
캐소드(40)는 전해질 블록(10)의 타측에 배치될 수 있다. 캐소드(40)는 부하(12)의 타측에 연결될 수 있다. 캐소드(40)는 연료(54)를 이온화시키는 촉매 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드(40)는 백금 전극을 포함할 수 있다.
연료 공급부(50)는 캐소드(40)에 인접하여 배치될 수 있다. 연료 공급부(50)는 캐소드(40)에 연결된 연료 배관(52)을 포함할 수 있다. 연료 공급부(50)는 연료 배관(52) 내에 연료(54)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 연료(54)는 수소 가스(H2)를 포함할 수 있다. 연료(54)는 캐소드(40)를 통과하여 전해질 블록(10) 내에 제공될 수 있다. 연료(54)는 캐소드(40) 및 전해질 블록(10) 내에서 이온화될 수 있다. 예를 들어, 이온화된 연료(54)는 수소 이온(H+)을 포함할 수 있다. 전자(e-)가 연료(54)의 이온화에 의해 생성될 수 있다. 캐소드(40)는 전자(e-)를 부하(12)에 제공하여 전류를 생성시킬 수 있다.
입자 빔 생성기(60)는 연료 공급부(50) 및 캐소드(40)에 인접하여 배치될 수 있다. 입자 빔 생성기(60)는 입자 빔(68)을 연료(54)에 충돌시켜 수소 이온(H+)의 생성 효율을 증가시킬 수 있다. 일 예로, 입자 빔 생성기(60)는 타깃(62) 및 레이저 장치(64)를 포함할 수 있다.
타깃(62)은 연료 배관(52)과 레이저 장치(64) 사이에 배치될 수 있다. 타깃(62)은 수소 가스(H2)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 타깃(62)은 수소 화합물을 포함할 수 있다.
레이저 장치(64)는 타깃(62)에 인접하여 배치될 수 있다. 레이저 장치(64)는 타깃(62)에 레이저 빔(66)을 제공하여 입자 빔(68)을 생성시킬 수 있다. 레이저 빔(66)은 팸토초 레이저 빔을 포함할 수 있다. 입자 빔(68)은 연료(54)에 충돌하여 수소 이온(H+)의 생성 효율을 증가시킬 수 있다. 타깃(62)이 수소 가스(H2)를 포함할 때, 입자 빔(68)은 수소 이온(H+)을 포함할 수 있다. 입자 빔(68)이 생성될 때, 전자(e-)가 타깃(62)으로부터 생성되어 캐소드(40)에 제공될 수 있다.
도 2는 도 1의 입자 빔 생성기(60)의 일 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 입자 빔 생성기(60)의 타깃(62)은 탱크(61)와, 상기 탱크(61) 내의 타깃 가스(63)를 포함할 수 있다.
탱크(61)는 타깃 가스(63)를 저장할 수 있다. 탱크(61)는 레이저 빔(66)을 타깃 가스(63)에 투과시킬 수 있다. 탱크(61)는 투명 플라스틱 또는 퀄츠를 포함할 수 있다.
타깃 가스(63)는 탱크(61) 내에 충진될 수 있다. 예를 들어, 타깃 가스(63)는 수소 가스(H2)를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 타깃 가스(63)는 액체 수소를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 레이저 빔(66)이 타깃 가스(63)에 조사되면, 타깃 가스(63)는 입자 빔(68)으로 변환되어 탱크(61) 및 연료 배관(52)을 투과할 수 있다. 입자 빔(68)은 연료 배관(52) 내의 연료(54)에 충돌되어 상기 연료(54)를 수소 이온(H+)으로 변환시킬 수 있다. 따라서, 입자 빔(68)은 수소 이온(H+)의 생성 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 입자 빔(68)은 캐소드(40) 및 전해질 블록(10)을 통과하여 애노드(20)에 전달될 수 있다. 입자 빔(68)은 애노드(20) 내의 산소 이온(O2+)과 결합하여 부하(12)에 전류를 생성시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 개념에 따른 연료 전지(100)의 일 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 연료 전지(100)는 필름 타입의 타깃(62)을 구비한 입자 빔 생성기(60)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타깃(62)은 수소 화합물 필름을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전해질 블록(10), 애노드(20), 공기 공급부(30), 캐소드(40), 및 연료 공급부(50)는 도 1과 동일하게 구성될 수 있다.
도 4는 도 3의 입자 빔 생성기(60)의 일 예를 보여준다.
도 4를 참조하면, 입자 빔 생성기(60)는 타깃(62) 양측들의 와인딩 롤(72) 및 릴리즈 릴(74)을 더 포함할 수 있다. 와인딩 롤(72)은 타깃(62)을 감을 수 있다. 릴리즈 릴(74)은 타깃(62)을 와인딩 롤(72) 방향으로 풀어줄 수 있다. 따라서, 와인딩 롤(72) 및 릴리즈 릴(74)은 타깃(62)을 레이저 빔(66) 및 입자 빔(68)의 진행 방향과 교차되는 방향으로 이동시킬 수 있다. 레이저 장치(64)는 도 1 내지 도 3과 동일하게 구성될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 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 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

  1. 전해질 블록;
    상기 전해질 블록의 일측에 배치된 애노드;
    상기 애노드에 인접하여 배치되어 상기 애노드에 공기를 제공하는 공기 공급부;
    상기 전해질 블록의 타측에 배치된 캐소드;
    상기 캐소드에 인접하여 배치되어 상기 캐소드에 연료를 제공하는 연료 공급부; 및
    상기 연료 공급부에 인접하여 배치되고, 상기 연료에 입자 빔을 제공하여 수소 이온의 생성 효율을 증가시키는 입자 생성기를 포함하는 연료 전지.
KR1020190165521A 2018-12-24 2019-12-12 연료 전지 KR20200079423A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180168750 2018-12-24
KR1020180168750 2018-12-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200079423A true KR20200079423A (ko) 2020-07-03

Family

ID=71571897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190165521A KR20200079423A (ko) 2018-12-24 2019-12-12 연료 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200079423A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015079729A (ja) 燃料電池スタックの性能回復方法
US7632590B2 (en) System and a method for manufacturing an electrolyte using electrodeposition
KR101575415B1 (ko) 연료전지 스택의 성능 회복 방법
KR20170107679A (ko) 연료전지 가속 활성화 방법
EP2267829A1 (en) Fuel cell system and stack thereof
JP2004152684A (ja) 燃料電池スタック
JP4462502B2 (ja) 燃料電池用のカソード電極構造及びこれを備えた燃料電池
KR20200079423A (ko) 연료 전지
US20140045079A1 (en) Metal/oxygen battery with modified electrode
JP2002050390A (ja) スタック構造を有する燃料電池
US20090011312A1 (en) Fuel cell and system
KR100744045B1 (ko) 전지
US8137850B2 (en) Gas-liquid separator and fuel cell system having the same
KR20190019520A (ko) 전기분무방사를 이용한 고분자 연료전지 전극의 제조방법 및 그를 이용하여 제조한 고분자 연료전지 전극
JP2005190970A (ja) 燃料電池
KR101844285B1 (ko) 연료전지 시스템, 및 그 제어방법
KR20170130015A (ko) 연료전지 스택용 가습장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템
CN204706535U (zh) 一种考夫曼离子源
JP2004031266A (ja) 液体燃料直接供給形燃料電池
KR20230095389A (ko) 공기호흡형 고분자전해질연료전지
KR100658281B1 (ko) 집전체 페어 및 이를 구비한 단층형 다중셀 스택
CN114717574A (zh) 一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用
KR20210086982A (ko) 아연-망간 레독스 흐름 전지의 전해액 및 이를 이용하는 전지
KR20230088532A (ko) 고전압용 슁글드 모듈기술을 이용한 전기화학-열화학 방식의 수전해 셀 스택
JP2019160701A (ja) 燃料電池、および燃料電池システム