KR20220030715A - Micro fluidic fuel cell and method to manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 연료전지의 장시간 구동 시 발생하는 전기적 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic fuel cell and a method for manufacturing the same, and to a microfluidic fuel cell for minimizing electrical noise generated when the fuel cell is driven for a long time and to a method for manufacturing the same.
미생물 연료전지는 오수나 폐수 등에 포함된 유기물 화학에너지를 미생물을 촉매로 하여 전기에너지로 변환하는 전지로, 미생물이 유기물을 산화시켜 발생하는 전자와 수소이온이 양극과 음극을 오가며 물과 전기를 생성한다. 미생물 연료전지는 유기물이 포함된 환경 폐기물을 처리하면서 전기를 생산할 수 있다는 점에서 그린 에너지 기술로 주목받고 있다.A microbial fuel cell is a battery that converts chemical energy of organic matter contained in sewage or wastewater into electrical energy using microorganisms as a catalyst. do. Microbial fuel cells are attracting attention as a green energy technology in that they can produce electricity while processing environmental wastes containing organic matter.
종래의 미생물 연료전지는 양성자 교환막을 통하여 전자 수용체로 전자를 이동시키고, 대부분의 미생물 연료전지에는 버퍼(buffer)를 양극(anode) 전극 위 reservoir에 1회 주입하는 batch 타입의 구조를 가지고 있다. 이외에 다양한 타입의 연료전지가 개발되고 있으며, Graphite 전극 및 양성자 교환막을 사용하는 Batch형 구조와, Catbon Cloth 전극 및 양성자 교환막을 사용한 Continuous Flow 구조와, Folding을 활용한 stack이 가능한 구조와, Batch형 구조에 Carbon Cloth 전극 및 양성자 교환막을 사용하고 4층의 다중 양극 전극을 사용하여 미생물의 접종량을 늘린 구조의 연료전지가 존재한다.Conventional microbial fuel cells move electrons to an electron acceptor through a proton exchange membrane, and most microbial fuel cells have a batch-type structure in which a buffer is injected into a reservoir above an anode electrode once. In addition, various types of fuel cells are being developed. Batch-type structure using graphite electrode and proton exchange membrane, continuous flow structure using Catbon cloth electrode and proton exchange membrane, stackable structure using folding, and batch-type structure There is a fuel cell with a structure in which the inoculation amount of microorganisms is increased by using a carbon cloth electrode and a proton exchange membrane and using a four-layer multi-anode electrode.
그러나, Batch 타입의 연료전지는 유체를 저장하는 reservoir가 채널의 역할을 하고 있으며, 양극 전극, 음극 전극, reservoir, 양성자 교환막의 구조로 최소한 4층의 다층구조를 이루나, 이를 하나로 결합하기 위하여 볼트나 테이프를 이용한 체결이 불가피하여 제품의 양산 과정에서 대량생산이 불가능한 문제가 있다. 또한, Batch 타입의 연료전지는 전자이동을 위한 양성자 교환막 사용으로 인해, 양성자 교환막 수화상태 유지, 파선, 제작단가 상승 등과 같은 문제가 발생하며, 장시간 구동하게 될 경우 외부연결전극과의 유체 반응으로 인한 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 문제가 있다. 아울러, 인렛(inlet) 연장부와 흡수패드를 수작업으로 제작하고 연료전지 본체와 연결하는 등의 수작업이 많아지면서 연료전지의 재현성이 감소하고, 장시간 구동 시 양극 전극과 음극 전극의 주입 및 배출이 원활하지 못하는 문제가 발생하였다.However, in the batch-type fuel cell, the reservoir that stores the fluid acts as a channel, and the anode electrode, cathode electrode, reservoir, and proton exchange membrane form a multi-layered structure of at least four layers. Since fastening using tape is inevitable, there is a problem that mass production is impossible in the mass production process of the product. In addition, due to the use of the proton exchange membrane for electron transfer, the batch-type fuel cell causes problems such as maintaining the hydration state of the proton exchange membrane, broken lines, and increased manufacturing cost. There is a problem in that electrical noise is generated. In addition, as the number of manual tasks such as manually manufacturing the inlet extension and the absorption pad and connecting to the fuel cell body increases, the reproducibility of the fuel cell decreases, and the injection and discharge of the positive electrode and the negative electrode are smooth during long-term operation. There was a problem that could not be done.
따라서, 위와 같은 종래의 연료전지로부터 발생하는 문제를 해결할 수 있는 연료전지를 필요로 하였다.Accordingly, there is a need for a fuel cell capable of solving the problems caused by the conventional fuel cell as described above.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 연료전지의 장시간 구동 시 발생하는 전기적 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to solve this problem, and relates to a microfluidic fuel cell for minimizing electrical noise generated when the fuel cell is driven for a long time and a method for manufacturing the same.
본 발명의 마이크로 유체 연료전지는, 본체부와, 상기 본체부 상면에 마련되는 감광부와, 유체가 유동하는 메인유로를 포함하여 상기 감광부에 형성되는 마이크로 채널과, 상기 감광부에 상기 메인유로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부와, 상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부를 포함한다.The microfluidic fuel cell of the present invention includes a body part, a photosensitive part provided on an upper surface of the body part, a microchannel formed in the photosensitive part including a main flow path through which a fluid flows, and the main flow path in the photosensitive part. It includes a pair of fluid inflow prevention part spaced apart from and a pair of electrode parts printed on the upper surface of the photosensitive part so as to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part.
상기 마이크로 채널은, 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부를 포함할 수 있다.The microchannel may include a plurality of inlets into which the fuel and the oxidizing agent are introduced.
상기 메인유로는 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 형성될 수 있다.The main flow path may be formed to have an increasing interval along the flow direction of the fluid.
상기 전극부는 상기 유체의 유동방향을 기준으로 상기 메인유로의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 형성될 수 있다.The electrode part may be formed along the edge of the main flow path with respect to the flow direction of the fluid, so that the distance between the electrode parts is increased.
상기 마이크로 채널은, 상기 메인유로로부터 상기 유체유입방지부 방ㅎ향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 더 포함할 수 있다. The microchannel may further include a pair of microchannels formed by a preset distance from the main flow path toward the fluid inflow prevention unit.
상기 유체유입방지부와 상기 미세유로 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 더 포함할 수 있다.It may further include a hydrophobic part provided in a protruding shape between the fluid inflow prevention part and the micro-channel.
본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법은, 본체부를 형성하는 (a) 단계와, 상기 본체부 상부에 감광부를 마련하는 (b) 단계와, 상기 감광부에 유체가 유동하는 메인유로를 포함하는 마이크로 채널과, 상기 메인유로로부터 이격 형성된 유체유입방지부를 형성하는 (c) 단계와, 상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 전극부를 인쇄하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a microfluidic fuel cell of the present invention comprises the steps of: (a) forming a body part; (b) providing a photosensitive part on the upper part of the body part; and a main flow path through which a fluid flows in the photosensitive part (c) forming a microchannel and a fluid inflow prevention part spaced apart from the main flow path, and printing an electrode part on the upper surface of the photosensitive part to connect the main flow path and the fluid inflow preventing part.
상기 (c) 단계는, 상기 감광부에 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부가 형성된 상기 마이크로 채널을 형성할 수 있다.In step (c), the microchannel may be formed in which a plurality of inlets into which fuel and an oxidizing agent are introduced into the photosensitive unit are formed.
상기 (c) 단계는, 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 상기 메인유로를 형성할 수 있다. In the step (c), the main flow path may be formed so that the interval increases along the flow direction of the fluid.
상기 (d) 단계는, 상기 메인유로를 따라 상기 전극부를 인쇄하여, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 상기 전극부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step (d) may further include printing the electrode parts along the main flow path to form the electrode parts to increase the distance between the electrode parts.
상기 (c) 단계는, 상기 메인유로에서 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 상기 감광부를 미리 제거하여 미세유로를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step (c) may further include forming a microchannel by removing the photosensitive part in advance by a preset distance from the main flow path toward the fluid inflow prevention part.
상기 (c) 단계는, 상기 감광부의 일부분이 제거된 상기 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 상기 본체부를 가열 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step (c) may further include exposing the body part from which a part of the photosensitive part is removed, and heating and drying the exposed body part.
상기 본체부를 가열 건조하는 단계는, 상기 미세유로와 상기 유체유입방지부 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 고정시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The heating and drying of the body part may include fixing a hydrophobic part provided in a protruding shape between the microchannel and the fluid inflow prevention part.
상기 (c) 단계는, 상기 메인유로로부터 상기 유체유입부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 형성하고, 상기 유체유입방지부를 상기 미세유로로부터 이격시킬 수 있다.In the step (c), a pair of micro-channels formed by a preset distance from the main flow path in the direction of the fluid inflow part may be formed, and the fluid inflow prevention part may be spaced apart from the micro-channel.
상기 (c) 단계 이후에, MWCNT와 질산 및 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 전극부 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After step (c), the step of purifying and filtering a solution in which MWCNTs, nitric acid, and sulfuric acid are mixed to form an electrode part mixture may be further included.
본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법은, 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지하고 연료전지를 장시간 구동할 수 있다.The microfluidic fuel cell and the method for manufacturing the same of the present invention prevent a phenomenon from flowing into an external connection electrode, thereby preventing electrical noise from occurring, and driving the fuel cell for a long time.
또한, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법은 종이 기반으로 제작하여 제작 비용이 저렴하며, 전기에너지 생성 과정 중 이산화탄소가 발생하지 않고 폐수 속에 존재하는 유기물을 분해할 뿐만 아니라 전기에너지를 생성하여 친환경적인 장점이 있다. In addition, the microfluidic fuel cell and its manufacturing method of the present invention are manufactured based on paper, so the manufacturing cost is low, and carbon dioxide is not generated during the electrical energy generation process, and not only decomposes organic matter present in wastewater but also generates electrical energy. It has the advantage of being eco-friendly.
또한, 본 발명은 종이기반으로 제작하되, 연료전지 본체, 흡수부재 및 전극을 일체화 형성되는구조로 제작되어 제품 양산 과정에서 대량생산이 가능한 특징이 있다.In addition, the present invention is manufactured based on paper, but has a feature that mass production is possible in the process of mass production of products because the fuel cell body, the absorbing member, and the electrode are integrally formed.
또한, 본 발명은 내부저항을 줄이고 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도가 향상되어 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the performance by reducing the internal resistance and increasing the supply amount of the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte) to improve the duration, current density and power density.
또한, 본 발명은 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 다벽산소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano-Tube, MWCNT)를 인쇄하여 탄소기반전극을 형성하여 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.In addition, the present invention forms a carbon-based electrode by printing Multi-Walled Carbon Nano-Tube (MWCNT) with a screen printing technique between the anode electrode (Anolyte) and the cathode electrode (Catholyte). There is an advantage that a proton exchange membrane is unnecessary by forming a liquid-liquid interface.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 전극부가 제거된 도면이다.
도 4는 도 3의 일부분을 확대 도시한 부분확대사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이다.
도 8은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 OCV에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 전력밀도에 대한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 측정 그래프이다.
도 11은 마이크로 유체 연료전지의 지속시간 측정 그래프이다.
도 12는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명의 본체부의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 전극부의 혼합액을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 본체부에 전극부를 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 .
3 is a view in which the electrode part of the microfluidic fuel cell according to the first embodiment of the present invention is removed.
FIG. 4 is a partially enlarged perspective view illustrating a part of FIG. 3 .
5 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
7 is a diagram of a microfluidic fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the current density and OCV according to the structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention.
9 is a graph showing the current density and power density according to the structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention.
10 is an EIS measurement graph according to a structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention.
11 is a graph showing a duration measurement of a microfluidic fuel cell.
12 is a flowchart of a method for manufacturing a microfluidic fuel cell of the present invention.
13 is a view for explaining a method of manufacturing the main body of the present invention.
14 is a view for explaining a method for preparing a mixed solution of an electrode part of the present invention.
15 is a view for explaining a method of printing the electrode part on the main body of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and those of ordinary skill 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 present invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 도 1 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 마이크로 유체 연료전지 및 이의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the microfluidic fuel cell of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 15 .
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 구체적으로 설명하고, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 구체적으로 설명하고, 도 8 내지 도 11의 그래프를 참조하여 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 성능과 관련하여 구체적으로 설명한 후에, 도 12 내지 도 15의 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.A microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 , and a microfluidic fuel cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7 . After a detailed description and detailed description of the performance of the microfluidic fuel cell of the present invention with reference to the graphs of FIGS. 8 to 11 , the method of manufacturing the microfluidic fuel cell of the present invention in FIGS. 12 to 15 is described Let me explain in detail.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 도면이고, 도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 전극부가 제거된 도면이고, 도 4는 도 3의 일부분을 확대 도시한 부분확대사시도이다.1 is a view of a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a microfluidic fuel cell according to a first embodiment of the present invention. is a view in which the electrode part is removed, and FIG. 4 is a partially enlarged perspective view illustrating a part of FIG. 3 .
본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 미생물을 촉매로 사용하여, 미생물이 유기물(전자공여체)를 분해하는 과정을 통해 전자수용체로 보내면서 전위차를 만들어 전기에너지를 생산하는 전력 생산 시스템이다. 마이크로 유체 연료전지(1)는 전기에너지 생산 과정 중 이산화탄소를 배출하지 않으며, 환경 폐기물 속 존재하는 유기물을 분해하는 동시에 전기에너지를 생산하여 친환경적인 특징이 있다. The
일반적으로 마이크로 유체 연료전지는 외부연결전극의 연결로 인하여 전기적 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 이와 같은 전기적 노이즈 발생을 방지하기 위하여 본체부(10)의 상면에 형성되는 유체유입방지부(30)의 구조를 포함할 수 있다. 유체유입방지부(30)는 전극부(50)에 유체가 유입되어 발생하는 전기적 노이즈 현상을 방지할 수 있다. In general, microfluidic fuel cells have a problem in that electrical noise is generated due to the connection of external connection electrodes. The
또한, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 종이 기반으로 제작되어 친환경적이며 제작 비용이 저렴한 특징이 있다. 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와 흡수부재 및 전극부(50)가 일체로 이루어진 단층 구조로 제작되어 제작되어 제품 양산 과정에서 대량 생산이 가능한 특징이 있다. In addition, the
아울러, 본 발명의 전극부(50)는 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 본체부(10)의 상면에 형성된 탄소기반의 전극부(50)를 포함한다. 이와 같은 전극부(50)는 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.In addition, the
이하, 위와 같은 특징을 나타낼 수 있는 본 발명의 구조 및 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure and manufacturing method of the present invention that can exhibit the above characteristics will be described in detail.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와, 마이크로 채널(20)과, 유체유입방지부(도 3의 30참조)와, 전극부(50)를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 본체부(10)와, 본체부(10) 상면에 마련되는 감광부(60)와, 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하여 감광부(60)에 형성되는 마이크로 채널(20)과, 감광부(60)에 메인유로(22)로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부(30)와, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부(50)를 포함한다.1 and 2, the
본체부(10)는 마이크로 유체 연료전지(1)의 하우징을 형성하는 것으로, 모세관현상에 의해 유체의 흡수가 가능한 종이 재질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로, 본체부(10)는 두께가 180um이고 공극의 크기가 11um로 이루어진 와트만지로 제작되어 마이크로 유체 연료전지(1)의 기판을 형성할 수 있다. The
감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 감광제가 도포되어 형성될 수 있다. 감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 마련되어 하나의 층을 형성하는 것으로, 본체부(10)의 상면에 SU8-3035(MicroChem, USA)가 도포되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 공지된 감광제 또는 추후 기술의 개발된 감광제를 이용하여 형성될 수 있다.The
감광부(60)를 식각 또는 제거를 통하여, 마이크로 채널(20)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 감광부(60)의 식각을 통해 유체가 유입되는 유입부(21), 유체가 유동하는 메인유로(22), 유체가 미세하게 유동하는 미세유로(23), 유체의 유입을 방지하는 유체유입방지부(30) 등이 형성될 수 있으며, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)의 형성으로 유체의 유입을 방지하는 소수성부(40) 등이 형성될 수 있다. By etching or removing the
전극부(50)는 메인유로(22), 미세유로(도 3의 23참조), 소수성부(도 4의 40참조), 유체유입방지부(도 3의 30참조)를 연결하며 형성될 수 있으며, 전극부 혼합액을 인쇄하는 형태로 형성될 수 있다.The
마이크로 채널(20)은 본체부(10)의 상면에 일단부로부터 유입되는 유체의 유동경로를 형성하는 것으로, 본체부(10) 상면에 마련되는 감광부(60)를 식각 또는 제거하여 형성될 수 있다. The microchannel 20 forms a flow path of the fluid flowing in from one end on the upper surface of the
마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제 등의 유체가 유입되는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와, 하나의 메인유로(22)를 포함한다. 이때, 복수의 유입부(21a, 21b)의 일단은 서로 이격되어 형성되며, 복수의 유입부(21a, 21b)의 타단은 메인유로(22)의 일단과 연결되도록 형성될 수 있다. The
한 쌍의 유입부(21a, 21b)는 입구단이 서로 이격된 형태이나 끝단부가 메인유로(22)에 연결되도록 'Y'자 형상으로 마련될 수 있다. 유입부(21)는 입구단이 연장 형성되어 한 쌍이 서로 평행하고 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 유입부(21a, 21b)는 서로 평행하게 형성되는 일부분이 굴절되어 수렴하는 나머지 부분보다 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 유입부(21)는 연장 형성되어 서로 평행한 일부분이 30mm의 길이를 가지도록 형성되고, 굴절되어 수렴하는 나머지 부분이 17mm 정도의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 수렴하는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)의 일부분의 직경은 2.5mm로 이루어질 수 있으며, 이로부터 하나의 유로를 형성하는 메인유로(22)의 길이와 직경은 각각 18mm와 5mm로 형성될 수 있다. The pair of
마이크로 채널(20)은 감광부(60)의 일부분이 식각되어 형성될 수 있으며, 유입부(21)와 메인유로(22)가 도면에 도시된 바와 같이 'Y'자 형상으로 감광부(60)의 일부분을 긁어 형성되기에 감광부(60)에 포함되어 하나의 층으로 이루어질 수 있다.The
본 발명의 제1 실시예에서의 마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제가 각각 유입되는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)가 형성되는 것을 예로 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 마이크로 채널(20)은 연료 및 산화제가 유입되는 4개의 유입부(21)를 포함하도록 형성될 수도 있다. 또한, 마이크로 채널(20)은 유체의 유동방향을 따라 메인유로(22)의 직경이 일정하게 형성되는 도면을 도시하고 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 메인유로(22)는 유체의 유동방향을 따라 지름이 증가하도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 다른 실시예를 통해 구체적으로 후술하도록 한다.The
본 발명의 마이크로 채널(20)로 유입되는 유체는 종이 재질로 이루어진 본체부(10)에 흡수되어 종이의 모세관 현상(Capillary action)에 의해 셀프 펌핑(Self-Pumping)하여 유입부(21) 및 메인유로(22)를 따라 흡수 및 유동 가능한 특징이 있다. 이에, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 별도의 외부펌프를 필요로 하지 않는 장점이 있다.The fluid flowing into the
메인유로(22)는 유체가 유동하는 유로의 상면에 한 쌍의 전극부(50)의 적어도 일부분이 각각 대칭을 이루도록 인쇄될 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.The
마이크로 채널(20)의 메인유로(22) 양측에는 한 쌍의 미세유로(23)가 각각 형성될 수 있다.A pair of micro-channels 23 may be formed on both sides of the
도 3 및 도 4를 참조하면, 미세유로(23)는 본체부(10)의 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부(50)의 정확한 위치를 확인하기 위한 일종의 마킹으로, 메인유로(22)로부터 연장 형성될 수 있다. 미세유로(23)는 메인유로(22)로부터 유체유입방지부(30) 방향으로 미리 설정된 거리만큼 연장 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 , the
미세유로(23)는 메인유로(22)의 끝단부에 메인유로(22)와 수직하도록 한 쌍이 메인유로(22)의 외측을 향하여 각각 굴절되어 형성될 수 있다. 이에, 미세유로(23)와 메인유로(22)와 'ㄴ'자 형상으로 형성될 수 있다. 미세유로(23)의 측부에는 소수성부(40)와 유체유입방지부(30)가 각각 형성될 수 있다.A pair of micro-channels 23 may be respectively refracted toward the outside of the
소수성부(40)는 미세유로(23)로부터 유체유입방지부(30)로 유체가 전달되는 현상을 방지하기 위한 것으로, 미세유로(23)와 인접한 본체부(10)의 상면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 소수성부(40)는 감광부(60)의 식각 또는 제거로 인하여 형성되는 것으로, 유체유입방지부(30)와 미세유로(23) 사이에 돌출된 형상으로 마련되어, 미세유로(23)를 통한 유체의 전달을 차단한다. The
소수성부(40)의 크기는 미세유로(23)의 길이에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 메인유로(22)로부터 유체유입방지부(30) 방향으로 연장하여 형성되는 미세유로(23)의 미리 설정된 길이가 길어지면 소수성부(40)의 크기가 커지게 되며, 미세유로(23)의 미리 설정된 길이가 짧아지면 소수성부(40)의 크기가 작아진다. The size of the
다시 말하면, 소수성부(40)는 본체부(10)의 상면에 형성되며, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 소수성의 성질을 갖는 감광부(60)가 도포되어 형성될 수 있다. In other words, the
소수성부(40)는 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 감광부(60)가 식각되지 않거나 제거되지 않은 부분으로, 도 2에서와 같이, 전극부(50)의 하방 일부에 본체부(10)의 상면으로부터 상부를 향하여 돌출 형성될 수 있다. 이와 같은 소수성부(40)는 감광부(60)의 일부분을 이룰 수 있으며, 감광부(60)와 동일한 SU8-3035(MicroChem, USA)로 이루어질 수 있다. The
소수성부(40)는 감광부(60)와 함께 Photo-lithography 공정으로 경화되어 형성될수 있으며, 본체부(10)에 도포되어 UV light 20mV로 15초 동안 노광하고, 노광 후 건조시키는 과정인 PEB(Post Exposure Bake) 과정을 55°에서 10분간 진행하는 과정을 거쳐 형성될 수 있다. 소수성부(23)는 PEB과정을 거쳐 노광 후 경화되어 본체부(10)의 상면에 완전하게 고정 형성될 수 있으며, 이에 대해서는 제조 방법을 통해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. The
소수성부(40)는 미세유로(23)와 유체유입부방지부(30) 사이의 간격이 0.5mm를 이루도록 형성될 수 있다. 이에, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)는 소수성부(40)에 의해 0.5mm 이격 형성될 수 있다. 한 쌍의 소수성부(40)는 일단부가 한 쌍의 미세유로(23)에 각각 접하고, 타단부가 유체유입방지부(30)와 각각 접할 수 있다.The
도 3 및 도 4를 참조하면, 유체유입방지부(30)는 미세유로(23)로부터 이격된 공간을 형성하는 것으로, 한 쌍이 본체부(10)의 상면에 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 이격 형성될 수 있다. 소수성 재질로 이루어진 소수성부(40)에 의해 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 이격 형성될 수 있다. 3 and 4, the fluid
유체유입방지부(30)는 일단부가 소수성부(40)와 접하도록 감광부(60)에 식각 형성되고 상면에 전극부(50)의 일부가 인쇄될 수 있다. 유체유입방지부(30)의 상면에 인쇄되는 전극부(50)는 외부전극과 연결된다. 소수성부(40)가 메인유로(22)와 미세유로(23)로부터 유체유입방지부(30)에 유입되는 유체를 차단하여 유체유입방지부(30)의 상면에 인쇄된 전극부(50)가 유체와 접하는 현상을 방지할 수 있다. 이에, 유체유입방지부(30)는 전기적 노이즈(Noise)의 발생을 방지하고, 높은 수율을 나타낼 수 있는 효과가 있다.The fluid
앞서 설명한 유입부(21)와 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)는 종이 기반의 본체부(10)와 일체로 제작되어 대량생산이 가능할 수 있다. The
전극부(50)는 마이크로 유체 연료전지(1)의 전극을 형성하는 것으로, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 인쇄되어 형성될 수 있다. 전극부(50)는 탄소 기반의 전극부 혼합액(MWCNT Paste)을 본체부(10)의 상면에 도포하여 형성될 수 있다. 전극부 혼합액은 질산, 황산 및 다중벽 탄소 나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano-Tube, MWCNT)가 혼합된 혼합액을 30분간 초음파로 분산시키면서 정제하고, 정제된 용액에 탈이온화수(De-lonized Water)를 섞어 진공필터를 이용하여 WMCNT를 여과하고, 여과된 용액에 탈이온화수를 더 부어 남아있는 산을 제거하여 정제된 WMCNT만 추출하는 등의 제조과정을 통해 제조될 수 있다. 전극부(50)를 형성하기 위한 전극부 혼합액의 제조 과정과 관련하여 도 14를 참조하여 보다 구체적으로 후술하도록 한다. The
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 일단부와 타단부가 각각 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 전극부 혼합액을 본체부(10)의 상면에 인쇄하여 한 쌍의 전극부(50)를 형성할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 전극부(50)는 메인유로(22), 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60)의 상면에 전극부 혼합액을 인쇄하여 형성될 수 있다. Referring back to FIGS. 1 and 2 , one end and the other end are printed on the upper surface of the
특히, 전극부(50)는 미세유로(23)에 의해 본체부(10)의 상면에 정확한 위치에 인쇄될 수 있다. 전극부(50)는 메인유로(22)의 상면과 접하는 일부분의 길이와 두께가 각각 15mm와 1mm로 이루어지도록 형성될 수 있다. 전극부(50)는 외부전극이 연결되는 일단부가 소수성부(40)에 의해 메인유로(22) 및 미세유로(23)를 유동하는 유체와 접하는 현상을 방지하여, 유체와 반응하여 생기는 전기적 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.In particular, the
본 발명의 제1 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1)는 유체유입방지부(30)의 구조를 포함하여 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지하고 장시간 구동할 수 있는 특징이 있다. The
또한, 본 발명은 종이 기반으로 형성되어 제작 비용이 저렴하며, 일체형 구조로 인해 단시간에 대량생산이 가능한 특징이 있다. In addition, the present invention is formed on a paper-based basis, so the manufacturing cost is low, and has a feature that mass production is possible in a short time due to the integrated structure.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 .
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이다.5 is a front view of a microfluidic fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1a)는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)를 더 포함하는 마이크로 채널(20a)을 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1a)는 유체가 유입되는 복수 개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)가 형성된 마이크로 채널(20a)을 포함한다. 마이크로 채널(20a)은 도면에 도시된 바와 같이, 연료 및 산화제가 유입되는 4개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)와 하나의 메인유로(22a)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 유체 연료전지(1a)는 한 쌍의 유입부(21a, 21b)의 양측에 외측으로 0.5mm의 간격이 이격되어 형성되는 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)의 구조를 포함한다. 마이크로 유체 연료전지(1a)는 메인유로(22a)가 18mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 한 쌍의 유입부(21a, 21b)와 다른 한 쌍의 유입부(21c, 21d)는 일단부에 각각 연료 및 산화제가 유입될 수 있으며 타단부가 각각 메인유로(22a)에 연결되어 멀티 구조의 마이크로 채널(20a)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .
도 6a는 전극부가 인쇄되기 전의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이고, 도 6b는 전극부가 인쇄된 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지의 정면도이다.6A is a front view of the microfluidic fuel cell according to the third embodiment before electrode parts are printed, and FIG. 6B is a front view of the microfluidic fuel cell according to the third embodiment on which electrode parts are printed.
본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1b)는 유체의 유동방향을 따라 직경이 증가하는 메인유로(22b)와, 메인유로(22b)의 형상에 맞게 인쇄된 전극부(501)를 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1b)는 유체의 유동방향을 따라 지름이 증가하도록 형성되는 메인유로(22b)와, 유체의 유동방향을 기준으로 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 한 쌍의 이격된 거리가 증가하도록 형성된 한 쌍의 전극부(501a, 501b)를 포함한다.Referring to FIG. 6 , the
메인유로(22b)는 유입부(11a, 11b)를 통해 유입된 유체가 유동하는 경로를 형성한다. 메인유로(22b)는 일단부가 한 쌍의 유입부(11a, 11b)의 타단부와 연결되고, 유체가 유동하는 방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 연장 형성되어 18mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 특히, 도 6a에 도시된 바와 같이, 메인유로(22b)는 유체의 유동방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 지름이 증가하는 구조로 형성된다. 예를 들어, 한 쌍의 유입부(11a, 11b)로부터 병합되는 메인유로(22b) 일단부의 직경 은 3.5mm로 형성될 수 있으며, 유체가 배출되는 메인유로(22b) 타단부의 직경 는 5mm로 형성되어 이 보다 작게 형성될 수 있다.The
전극부(501)는 메인유로(22b)의 형상에 따라, 한 쌍이 이격된 거리가 변화하도록 형성될 수 있다. 도 6b를 살펴보면, 전극부(501)는 적어도 일부분이 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 메인유로(22b)의 상면에 인쇄될 수 있다. 전극부(501)는 메인유로(22b)의 상면에 인쇄되는 일부분의 길이가 15mm의 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 메인유로(22b)의 형상에 따라 한 쌍이 이격된 거리가 변화하도록 형성될 수 있다. 전극부(501)는 직경 이 직경 보다 작게 형성될 수 있다. 전극부(501)를 따라 흐르는 전류는 메인유로(22b)를 따라 흐르는 유체의 유동방향과 반대방향으로 흐르게 된다. 이에, 전극부(501)는 유체의 유동방향을 기준으로 한 쌍의 이격된 거리가 증가하도록 형성된다고 표현할 수 있으며, 전류가 흐르는 방향을 기준으로 한 쌍의 이격된 거리가 감소하는 형태인 수렴형 형태로 형성된다고 표현할 수 있다.According to the shape of the
앞서 설명한 바와 같이, 한 쌍의 전극부(501)는 메인유로(22b)와 접하는 일부분이 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성되어 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이의 간극을 줄여 내부저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 증가시켜 마이크로 유체 연료전지(1b)의 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시켜 연료전지의 성능이 상승되는 특징이 있다.As described above, a portion of the pair of
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a microfluidic fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 .
도 7a는 전극부가 인쇄되기 전의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체의 정면도이고, 도 7b는 전극부가 인쇄된 제4 실시예에 의한 마이크로 유체의 정면도이다.7A is a front view of the microfluid according to the fourth embodiment before the electrode part is printed, and FIG. 7B is a front view of the microfluid according to the fourth embodiment on which the electrode part is printed.
본 발명의 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1c)는 제2 실시예의 유입부(11a, 11b, 11c, 11d)와, 제3 실시예의 메인유로(22b) 및 전극부(501)가 결합된 구조로 이루어진다. 제4 실시예에 의한 마이크로 유체 연료전지(1c)는 연료 및 산화제가 유입되는 다수개의 유입부(11a, 11b, 11c, 11d)와, 직경이 변화하는 하나의 메인유로(22b)와, 메인유로(22b)의 형상에 맞게 인쇄된 전극부(501)를 제외하면 이미 설명한 제1 실시예와 사실상 동일하다. 따라서, 이미 설명한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The
도 7a를 참조하면, 마이크로 유체 연료전지(1c)는 다수의 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)가 형성된 마이크로 채널(20a)을 포함하며, 4개의 유입부(21a, 21b, 21c, 21d)의 타단부가 하나의 메인유로(22b)에 연결되어 마이크로 채널(20c)을 형성할 수 있다. 메인유로(22b)는 앞서 설명한 제3 실시예에서와 같이, 유체의 유동방향인 일단부로부터 타단부를 향하여 지름이 증가하는 구조로 형성된다. 이에, 메인유로(22b)는 일단부의 직경 이 유체가 배출되는 타단부의 직경 보다 작게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7A , the
도 7b를 참조하면 전극부(501)는 메인유로(22b)의 형상에 따라, 유체의 유동방향을 기준으로 한 쌍이 이격된 거리가 증가하도록 형성될 수 있다. 전극부(501)는 적어도 일부분이 메인유로(22b)의 가장자리를 따라 메인유로(22b)의 상면에 인쇄될 수 있다. 이에, 전극부(501)는 메인유로(22b)의 상면에 인쇄되는 일부분이 메인유로(22b)의 형상에 따라 한 쌍이 이격된 거리가 증가되도록 형성되어, 이 보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 전극부(501)는 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7B , according to the shape of the
한 쌍의 전극부(501)는 메인유로(22b)와 접하는 일부분이 전류가 흐르는 방향을 기준으로 수렴형 형태로 형성되어 양극 전극과 음극 전극 사이의 간극을 줄여 내부저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 마이크로 유체 연료전지(1b)의 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시켜 연료전지의 성능이 상승되는 특징이 있다.A portion of the pair of
본 발명의 마이크로 유체 연료전지는 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 유입부(21), 메인유로(22), 전극부(50)를 포함하는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 각 구조에 따라 유체 확산 길이와, 성능과, 지속시간 등에서 다소 차이가 있는 결과를 나타낸다.As described above, the microfluidic fuel cell of the present invention may be formed in various structures including different inlet portions 21,
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 각 구조에 따라 나타나는 결과 값과 관련하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, it will be described in more detail in relation to the result values appearing according to each structure with reference to FIGS. 8 to 10 .
도 8은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 OCV에 대한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 전류밀도와 전력밀도에 대한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 측정 그래프이고, 도 11은 마이크로 유체 연료전지의 지속시간 측정 그래프이다.8 is a graph of the current density and OCV according to the structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention, and FIG. 9 is a graph of the current density and the power density according to the structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention, FIG. 10 is an EIS measurement graph according to the structural change of the microfluidic fuel cell of the present invention, and FIG. 11 is a duration measurement graph of the microfluidic fuel cell.
도 8 내지 도 10에서 Couple.Y는 제1 실시예를, Couple.Convergence는 제2 실시예를, Multi.Y는 제3 실시예를, Multi.Convergence는 제4 실시예의 마이크로 연료 유체전지를 의미한다.8 to 10, Couple.Y denotes the first embodiment, Couple.Convergence denotes the second embodiment, Multi.Y denotes the third embodiment, and Multi.Convergence denotes the micro-fuel fluid cell of the fourth embodiment. do.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 linear sweep 측정 그래프와, 전류밀도와 전력밀도에 따른 그래프를 도시하고 있다. 본 발명은 제1 실시예 내지 제4 실시예의 구조 변화에 따라 연료전지의 성능면에서 다소 차이를 보이고 있다. 전산유체해석 결과를 비교한 결과, 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1)의 구조에 따른 최대 전력 밀도는 이고, 제3 실시예(Multi.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1b)는 로 나타난다. 연료 전지 성능은 메인유로(22)의 직경의 변화가 있는 구조를 포함하는 제3 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1b)에서 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 5.0%가 향상된 것으로 나타났다. 제2 실시예(Couple.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1a)는 최대전력밀도가 로, 유입부(21)의 개수가 늘어나게 되면서 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 21.9%의 연료전지 성능 향상된 것으로 나타났다. 8 and 9 , a linear sweep measurement graph according to a structural change of the microfluidic fuel cell according to the first to fourth embodiments of the present invention, and graphs according to current density and power density are shown. The present invention shows a slight difference in the performance of the fuel cell according to the structural change of the first to fourth embodiments. As a result of comparing the computational fluid analysis results, the maximum power density according to the structure of the
아울러, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)는 4개의 유입부(21)의 구조와 직경의 변화가 있는 메인유로(22b)를 포함하는 구조적인 변화를 갖게 되면서 최대전력밀도가 로, 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 28.6%의 연료전지 성능 향상이 있는 것으로 나타났다.In addition, the
본 발명은 유체의 유동 경로를 따라 간격이 증가하는 메인유로(22b)의 구조와, 메인유로(22b)의 전단부의 양극 전극과 음극 전극 사이의 간극을 줄이는 한 쌍의 전극부(510)의 구조를 통해 내부저항을 감소시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명은 다수의 유입부(21)를 포함하는 멀티 인렛의 구조를 통해 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 늘릴 수 있으며, 전산유체해석 결과를 통해 확산영역이 감소하면서 연료전지 성능이 크게 향상된 것을 살펴볼 수 있다.According to the present invention, the structure of the
도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 마이크로 유체 연료전지의 구조변화에 따른 EIS 그래프를 도시하고 있다. 제3 실시예(Multi.Y)의 마이크로 유체 연료전지(1b)는 메인유로(22b)와 접하는 전극부(510)의 간격을 조절하여 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 옴 저항(Ohmic resistance)이 6.8%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 28.5% 감소한 효과를 보이고 있다. Referring to FIG. 10 , EIS graphs according to structural changes of the microfluidic fuel cells according to the first to fourth embodiments of the present invention are shown. The
제2 실시예(Couple.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1a)는 유입부(21)의 개수를 늘려 양극 전극과 음극 전극의 공급량을 증가시키고 확산영역을 감소시킴으로써, 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 옴 저항(Ohmic resistance)이 16.7%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 65.8% 감소한 효과를 보이고 있다. 아울러, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)는 제1 실시예(Couple.Y)의 구조 대비 옴 저항(Ohmic resistance)이 24.4%, 양극 전극 저항(Anode resistance)이 71.4%가 감소한 것을 살펴볼 수 있다.The
도 11을 참조하면, 마이크로 유체 연료전지(1, 1c)는 시간에 따른 OCV의 변화 값과, 일정한 전류를 가하며 시간에 따른 전압을 보는 Chronopotentiometry Method을 통해 지속시간을 살펴볼 수 있다. Referring to FIG. 11 , in the
도 11a는 Continuous Flow 조건에서 연료전지 구조 변화에 따라 측정하여 비교한 성능 그래프를 도시하고 있다. 도 11a를 참조하면, Continuous Flow 조건에서 제4 실시예(Multi.Convergence)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1c)의 지속시간은 8시간 26분으로 나타났으며, 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 마이크로 유체 연료전지(1)의 지속시간은 3시간 43분으로 나타났다. 제4 실시예(Multi.Convergence)와 제1 실시예(Couple.Y)에 따른 연료전지의 지속시간은 2.2배 이상의 차이를 나타낸다. 제4 실시예(Multi.Convergence)의 마이크로 유체 연료전지(1c)가 제1 실시예(Couple.Y)의 마이크로 유체 연료전지(1)의 구조 보다 양극 전극과 음극 전극의 공급속도가 빨라 젖은 흡수패드의 면적이 높게 나타날 수 있다. 또한, 마이크로 유체 연료전지는 흡수패드가 Catholyte 건조에 따른 potassium ferricyanide의 결정화, 공기 중의 외부 박테리아에 의한 Anolyte 오염 등의 원인으로 기공이 막히게 된다. 이때, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조가 제1 실시예(Couple.Y)의 구조보다 기공 막힘을 빠른 공급 속도로 어느 정도 해소하기 때문에 2배 이상의 지속시간 향상이라는 결과를 나타낼 수 있다. 11A is a graph showing a performance comparison measured according to a change in the structure of a fuel cell in a continuous flow condition. Referring to FIG. 11A , the duration of the
도 11b는 Stop Flow 조건에서 연료전지 구조 변화에 따라 측정하여 비교한 성능 그래프를 도시하고 있다. 도 11b를 참조하면, Stop Flow 조건에서 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조의 지속시간이 46분, 제1 실시예(Couple.Y)의 지속시간이 36.7분으로 나타나며, 제4 실시예(Multi.Convergence)의 구조가 9분 정도의 차이로 더 긴 지속시간을 보이는 것을 살펴볼 수 있다. Stop Flow 조건에서 양극 전극과 음극 전극을 지속적으로 공급받지 못하고, 공급 속도가 현저히 떨어지기 때문에, Continuous Flow 와 Stop Flow 조건에서 지속 시간과 전압(Voltage) 모두 크게 차이나는 것을 살펴볼 수 있다.11B is a graph showing a performance comparison measured according to a change in the fuel cell structure under the stop flow condition. 11B, in the Stop Flow condition, the duration of the structure of the fourth embodiment (Multi.Convergence) is 46 minutes, the duration of the first embodiment (Couple.Y) is 36.7 minutes, and the fourth embodiment It can be seen that the structure of (Multi.Convergence) shows a longer duration with a difference of about 9 minutes. In the Stop Flow condition, the positive electrode and the negative electrode are not continuously supplied, and the supply rate is significantly lowered, so it can be seen that both the duration and the voltage are significantly different in the Continuous Flow and Stop Flow conditions.
이하, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a microfluidic fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 15 .
도 12는 본 발명의 마이크로 유체 연료전지의 제조방법의 순서도이고, 도 13은 본 발명의 본체부를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 전극부의 혼합액을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명의 본체부에 전극부를 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.12 is a flowchart of a method of manufacturing a microfluidic fuel cell of the present invention, FIG. 13 is a view for explaining a method of manufacturing a main body of the present invention, and FIG. 14 is a method of manufacturing a mixed solution of an electrode unit of the present invention , and FIG. 15 is a view for explaining a method of printing the electrode part on the main body part of the present invention.
도 12를 참조하면, 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 본체부(10)를 형성하는 (a) 단계(S200)와, 감광부(60)를 마련하는 (b) 단계(S210)와, 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성하는 (c) 단계(S220)와, 전극부(50)를 인쇄하는 단계(S230)를 포함한다. Referring to FIG. 12 , the method of manufacturing the
구체적으로, 본체부(10)를 형성하는 (a) 단계(S200)와, 본체부(10) 상부에 감광부(60)를 마련하는 (b) 단계(S210)와, 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)과, 메인유로(22)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성하는 (c) 단계(S220)와, 메인유로(22)와 유체유입방지부(30)를 연결하도록 감광부(60) 상면에 전극부(50)를 인쇄하는 (d) 단계(S230)를 포함한다.Specifically, (a) step (S200) of forming the
본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 도 13을 참조하여 본체부(10)를 형성하는 과정과, 감광부를 마련하는 과정과, 마이크로 채널 및 유체유입방지부를 형성하는 과정에 대해 설명하고, 도 14를 참조하여 전극부(50)의 혼합액을 형성하는 과정에 대해 설명한 후에, 도 15를 참조하여 감광부(60)의 상면에 전극부(50)를 인쇄하는 과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.In the method of manufacturing the
도 13을 참조하면, 와트만지를 마련하여 본체부(10)를 형성(S200)한다. 이때, 본체부(10)는 두께 180um와 공극의 크기 11um를 갖는 와트만지를 사용하여 제작될 수 있다. Referring to FIG. 13 , the
와트만지로 이루어진 본체부(10)의 상부에 소수성의 성질을 갖는 감광제를 적신 후 경화시켜 감광부(60)를 마련(S210)할 수 있다. 소수성의 성질을 갖는 감광제를 본체부(10)의 외표면에 도포하여 10분간 감광제가 적셔진 상태를 유지하여 본체부(10)의 상면에 감광부(60)를 형성할 수 있다.A photosensitive agent having hydrophobic properties is wetted on the upper portion of the
감광부(60)에 유체가 유동하는 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)과, 메인유로(22)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성(S230)한다. 미리 결정되어 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)이 형성되는 위치에 해당하는 미리 결정된 감광부(60)의 일부분을 제거하여 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성할 수 있다. A microchannel 20 including a
마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)는 감광부(60)의 일부분이 식각 또는 제거되어 형성된 것으로, 감광부(60)와 동일한 층을 이룰 수 있다. 특히, 감광제(60)를 식각 또는 제거하여 마이크로 채널(20)과 유체유입방지부(30)를 형성하는 과정에서 다수의 연료 및 산화제가 유입되는 유입부(21)와, 유입부(21)로부터 유체가 유동하는 하나의 메인유로(22)를 포함하는 마이크로 채널(20)을 형성할 수 있다. The
또한, 미리 결정된 감광제(60)의 또 다른 일부분을 식각하여 메인유로(22)와 수직한 양 방향을 향하여 연장되는 미세유로(23)와, 미세유로(23)로부터 이격 형성된 유체유입방지부(30)를 형성할 수 있다. 이 과정에서 미세유로(23)와 유체유입방지부(30) 사이에 식각되지 않아 본체부(10)로부터 돌출 형성되어 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)를 분리시키는 소수성부(40)를 형성할 수 있다. 감광제를 제거하는 단계에서 유체의 유동방향을 따라 직경이 증가하도록 메인유로(22)를 형성할 수 있으며, 4개의 유입부를 형성하는 등 다양한 실시예에 따른 마이크로 채널(20)을 본체부(10)의 상면에 형성할 수 있다.In addition, the
상면에 도포되어 미리 결정된 감광부(60)의 일부분을 긁어내 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 유체유입방지부(30)가 형성된 와트만지를 85℃에서 10분간 Soft bake하여 건조된 감광부(60)와 일체화된 본체부(10)를 형성할 수 있다. 이때, 와트만지의 상하면에 별도의 와트만지를 배치하여 건조되지 못한 감광제를 흡수시킬 수 있으며, 이후에, 와트만지의 상하면에 배치된 별도의 감광제를 제거하도록 한다.It is applied on the upper surface and scraped off a portion of the predetermined
감광부(60)의 일부분이 제거되고 건조된 본체부(10)를 UV light를 이용하여 20mV에서 15초간 노광시키고, 노광된 본체부(10)를 55℃에서 10분간 PEB(Post Exposure Bake)하는 과정을 진행한다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)의 제조방법은 감광부(60)의 일부분이 제거된 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 본체부를 가열 건조하는 단계인 PEB 과정을 통해 본체부(10) 내에 노광후 경화된 감광부(60)를 완전하게 고정시킬 수 있다. A portion of the
구체적으로 PEB 과정을 통해, 미세유로(23)와 유체유입방지부(30)를 구획하도록 감광제가 도포된 소수성부(40)를 완전하게 고정시킬 수 있는 특징이 있다. PEB 과정을 거친 본체부(10)는 Develop 과정을 진행한다. Develop 과정은 정렬(Align) 및 노광(Exposure)후 현상액을 이용하여 필요한 곳과 필요없는 부분을 구분하여 상을 형성하기 위해 일정부위의 Photo Resist를 제거하는 과정이다. 본체부(10)는 Develop 과정에서 SU8-Developer 15분, IPA(Icosapentaenoic Acid) 용액에 5분, 탈이온화수(De-lonized Water, DI Water)에 10분간 각각 담가둔 후에, 40℃의 오븐에서 건조하여 마이크로 채널, 미세유로(23), 소수성부(40) 및 유체유입방지부(30)가 형성된 종이 기반의 본체부(10)를 형성할 수 있다. 상기와 같은 과정을 거쳐 형성된 본체부(10)의 상면에는 전극부(50)가 인쇄되어 마이크로 유체 연료전지(1)를 형성할 수 있다.Specifically, through the PEB process, there is a feature that can completely fix the
한편, 감광제(Photo Resist, PR)는 양성(Positive) PR과 음성(Negative) PR이 있다. 감광부(60)는 본체부(10)의 상면에 음성(Negative) PR로 마련되어 빛을 받는 부분인 소수성부(40)가 견고하게 굳어지고 음성(Negative) PR이 제거된 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 유체유입방지부(30)가 현상(Developing)액에 의해 쉽게 용해될 수 있는 특징이 있다.On the other hand, a photoresist (PR) includes a positive PR and a negative PR. The
도 14를 참조하면, 본체부(10)에 인쇄할 전극부 혼합액을 형성하는 과정을 도시하고 있다. 전극부 혼합액은 질산과 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 전극부 혼합액은 MWCNT 10mg과, 질산(HNO3, 70wt%) 10mg과, 황산(H2SO4, 95~98wt%) 20mL와 혼합하고 30분간 초음파로 분산시키면서 정제한다. 정제된 30mL의 용액에 70mL의 DI Water를 섞어 형성된 총 100mL의 용액을 진공 필터(Vacuum filter)를 이용하여 MWCNT를 여과한다. 여과된 용액에 DI Water를 더 부어주어 MWCNT에 남아있는 산을 제거할 수 있으며, 정제된 MWCNT만 남게될 수 있다. Referring to FIG. 14 , a process of forming the electrode part mixture to be printed on the
이후에, 셀룰로오스(Cellulose, 5wt%)와, EMIM(1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, 95wt%)를 혼합하고 60℃에서 1시간동안 초음파를 가해주어 Cellulose-ionic liquids solution를 제조할 수 있다. 제조된 Cellulose-ionic liquids solution(95% mass)과 MWCNT(5wt%)를 질량비로 혼합한 후에, 15분간 그라인딩(Grinding)하여 전극부 혼합액을 형성할 수 있다. 상기와 같은 과정을 거쳐 형성된 전극부 혼합액을 감광부(60)의 상면에 인쇄하여 전극부(50)를 형성할 수 있다.Thereafter, cellulose (Cellulose, 5wt%) and EMIM (1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, 95wt%) are mixed and ultrasonicated at 60° C. for 1 hour to prepare a Cellulose-ionic liquids solution. After mixing the prepared Cellulose-ionic liquids solution (95% mass) and MWCNT (5wt%) in a mass ratio, it is possible to form an electrode part mixture by grinding for 15 minutes. The
도 15를 참조하면, 전극부 혼합액을 감광부(60)의 상면에 인쇄하여 전극부(50)가 형성된 마이크로 유체 연료전지(1)를 제조하는 도면을 도시하고 있다. 탄소 전극을 형성하기 위해 가공된 OHP 필름(Overhead Projector Film)을 마이크로 채널(20), 미세유로(23), 소수성부(40), 유체유입방지부(30) 및 감광부(60)가 형성된 본체부(10)의 상면에 고정한 후에, OHP 필름의 상면에 전극부 혼합액을 도포한다. OHP 필름의 상면에 도포된 전극부 혼합액을 표면이 매끄러운 금속바로 이루어진 필름 어플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 균일하게 밀어주면, 전극부 혼합액이 OHP 필름의 구멍을 통해 종이 기판에 전극 형상으로 인쇄될 수 있다. 본체부(10)의 상면에 전극부 혼합액이 인쇄되면, OHP 필름을 제거한다.Referring to FIG. 15 , a diagram of manufacturing the
OHP 필름이 제거된 본체부(10)는 40℃의 오븐에서 60분간 가열한다. 이때, 본체부는 오븐의 온도가 45℃ 이상이 되면 전극부 혼합액에 포함된 [EMIM][AC]이 상면에서 완전히 경화되어 양극 전극과 음극 전극이 채널내로 흐르지 않는 문제가 발생하기에 반드시 40℃의 오븐에서 가열하도록 한다. 가열된 본체부(10)는 DI Water에 20분간 담가두어 전극부 혼합액에 포함된 [EMIM][AC]를 제거하도록 한다. The
이후에, 본체부(10)를 다시 50℃의 오븐에서 20분간 가열하여 전극부(50)의 본체부(10)의 상면에 완전하게 인쇄할 수 있다. 이와 같이, 마이크로 유체 연료전지의 제조방법은 스크린 프린팅(Screen Printing) 기법으로 MWCNT를 인쇄하여 탄소기반의 전극부(50)를 형성하여 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte) 사이에 액액계면을 형성하여 양성자 교환막을 불필요한 장점이 있다.Thereafter, the
본 발명의 마이크로 유체 연료전지는 상기와 같은 과정을 거쳐 거쳐 마이크로 유체 연료전지(1, 1a, 1b,1c)를 형성할 수 있다. 본 발명의 마이크로 유체 연료전지(1)는 외부연결전극에 유체가 유입되는 현상을 방지하여 전기적 노이즈(Noise)가 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 장시간 구동 가능한 특징이 있다.The microfluidic fuel cell of the present invention can form the
또한, 본 발명은 종이 기반으로 제작하여 제작 비용이 저렴하며, 전기에너지 생성 과정 중 이산화탄소가 발생하지 않고 폐수 속에 존재하는 유기물을 분해하는 동시에 전기에너지를 생성하여 친환경적인 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 제2 실시예 내지 제4 실시예에서와 같이 다수의 유입부(21)를 포함하는 구조와, 메인유로(22) 및 전극부(50)의 직경이 유체의 유동방향을 따라 증가하게 형성되는 구조를 포함하여, 내부저항을 줄이고 양극 전극(Anolyte)과 음극 전극(Catholyte)의 공급량을 증가시켜 지속시간, 전류밀도 및 전력밀도를 향상시킬 수 있는 특징이 있다. 이에, 본 발명은 연료전지 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention has the advantage of being eco-friendly by producing electric energy while decomposing organic matter present in wastewater without generating carbon dioxide during the process of generating electric energy, as it is produced based on paper, so that the manufacturing cost is low. In addition, the present invention has a structure including a plurality of inlet portions 21 as in the second to fourth embodiments, and the diameter of the
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 accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. you will understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1, 1a, 1b, 1c: 마이크로 유체 연료전지
10: 본체부
20, 20a, 20b, 20c: 마이크로 채널
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 유입부
22, 22a, 22b: 메인유로
23, 23a, 23b: 미세유로
30, 30a, 30b: 유체유입방지부
40, 40b: 소수성부
50, 50a, 50b: 전극부
60: 감광부1, 1a, 1b, 1c: microfluidic fuel cell
10: body part
20, 20a, 20b, 20c: micro channel
21, 21a, 21b, 21c, 21d: inlet
22, 22a, 22b: Main Euro
23, 23a, 23b: microchannel
30, 30a, 30b: fluid inflow prevention part
40, 40b: hydrophobic part
50, 50a, 50b: electrode part
60: photosensitive unit
Claims (15)
상기 본체부 상면에 마련되는 감광부;
유체가 유동하는 메인유로를 포함하여 상기 감광부에 형성되는 마이크로 채널;
상기 감광부에 상기 메인유로로부터 이격 형성된 한 쌍의 유체유입방지부; 및
상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 인쇄되는 한 쌍의 전극부를 포함하는 마이크로 유체 연료전지.body part;
a photosensitive part provided on the upper surface of the body part;
a microchannel formed in the photosensitive unit including a main flow path through which a fluid flows;
a pair of fluid inflow prevention units formed to be spaced apart from the main flow path in the photosensitive unit; and
and a pair of electrode parts printed on an upper surface of the photosensitive part to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part.
상기 마이크로 채널은,
연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부를 포함하는 마이크로 유체 연료전지.According to claim 1,
The microchannel is
A microfluidic fuel cell comprising a plurality of inlets through which fuel and oxidant are introduced.
상기 메인유로는 상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 형성되는 마이크로 유체 연료전지.According to claim 1,
The microfluidic fuel cell is formed such that the main flow passage has an increasing interval along the flow direction of the fluid.
상기 전극부는 상기 유체의 유동방향을 기준으로 상기 메인유로의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 형성되는 마이크로 유체 연료전지.4. The method of claim 3,
The electrode part is formed along the edge of the main flow path based on the flow direction of the fluid, and the distance between the electrode parts is increased to increase the microfluidic fuel cell.
상기 마이크로 채널은,
상기 메인유로로부터 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지.According to claim 1,
The microchannel is
The microfluidic fuel cell further comprising a pair of microchannels formed by a predetermined distance from the main flow path toward the fluid inflow prevention unit.
상기 유체유입방지부와 상기 미세유로 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지.6. The method of claim 5,
The microfluidic fuel cell further comprising a hydrophobic part provided in a protruding shape between the fluid inflow prevention part and the micro-channel.
상기 본체부 상부에 감광부를 마련하는 (b) 단계;
상기 감광부에 유체가 유동하는 메인유로를 포함하는 마이크로 채널과, 상기 메인유로로부터 이격 형성된 유체유입방지부를 형성하는 (c) 단계; 및
상기 메인유로와 상기 유체유입방지부를 연결하도록 상기 감광부 상면에 전극부를 인쇄하는 (d) 단계;
를 포함하는 마이크로 유체 연료전지의 제조방법.(a) forming a body portion;
(b) providing a photosensitive part on the upper part of the body part;
(c) forming a microchannel including a main flow path through which a fluid flows in the photosensitive unit, and a fluid inflow prevention unit spaced apart from the main flow path; and
(d) printing an electrode part on the upper surface of the photosensitive part so as to connect the main flow path and the fluid inflow prevention part;
A method of manufacturing a microfluidic fuel cell comprising a.
상기 (c) 단계는,
상기 감광부에 연료 및 산화제가 유입되는 복수 개의 유입부가 형성된 상기 마이크로 채널을 형성하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.8. The method of claim 7,
Step (c) is,
A method of manufacturing a microfluidic fuel cell in which the microchannel is formed with a plurality of inlets through which fuel and an oxidizing agent are introduced into the photosensitive unit.
상기 (c) 단계는,
상기 유체의 유동방향을 따라 간격이 증가하도록 상기 메인유로를 형성하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.8. The method of claim 7,
Step (c) is,
A method for manufacturing a microfluidic fuel cell, wherein the main flow path is formed to increase a gap along the flow direction of the fluid.
상기 (d) 단계는,
상기 메인유로를 따라 상기 전극부를 인쇄하여, 상기 전극부 사이의 간격이 증가하도록 상기 전극부를 형성하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지의 제조방법.10. The method of claim 9,
Step (d) is,
The method of manufacturing a microfluidic fuel cell further comprising: printing the electrode parts along the main flow path to form the electrode parts to increase the distance between the electrode parts.
상기 (c) 단계는,
상기 메인유로에서 상기 유체유입방지부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 상기 감광부를 제거하여 미세유로를 형성하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.8. The method of claim 7,
Step (c) is,
The microfluidic fuel cell manufacturing method further comprising: removing the photosensitive part by a preset distance from the main flow path toward the fluid inflow prevention part to form a micro flow path.
상기 (c) 단계는,
상기 감광부의 일부분이 제거된 상기 본체부를 노광시키는 단계와, 노광된 상기 본체부를 가열 건조하는 단계를 더 포함하는 유체 연료전지 제조방법.12. The method of claim 11,
Step (c) is,
The method of manufacturing a fluid fuel cell further comprising: exposing the body part from which the photosensitive part has been removed to light; and heating and drying the exposed body part.
상기 본체부를 가열 건조하는 단계는,
상기 미세유로와 상기 유체유입방지부의 사이에 돌출된 형상으로 마련되는 소수성부를 고정시키는 것을 특징으로 하는 유체 연료전지 제조방법.13. The method of claim 12,
The step of heating and drying the body part,
A method for manufacturing a fluid fuel cell, characterized in that the hydrophobic part is fixed in a protruding shape between the microchannel and the fluid inflow prevention part.
상기 (c) 단계는,
상기 메인유로로부터 상기 유체유입부 방향으로 미리 설정된 거리만큼 형성되는 한 쌍의 미세유로를 형성하고, 상기 유체유입방지부를 상기 미세유로로부터 이격시키는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.According to claim 1,
Step (c) is,
A method of manufacturing a microfluidic fuel cell in which a pair of microchannels formed by a predetermined distance from the main flow path toward the fluid inlet is formed, and the fluid inflow prevention part is spaced apart from the microchannel.
상기 (c) 단계 이후에,
MWCNT와 질산 및 황산이 혼합된 용액을 정제 및 여과하여 전극부 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함하는 마이크로 유체 연료전지 제조방법.8. The method of claim 7,
After step (c),
The method of manufacturing a microfluidic fuel cell further comprising the step of purifying and filtering a mixed solution of MWCNTs, nitric acid, and sulfuric acid to form an electrode part mixture.
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KR20080080105A (en) * | 2005-11-02 | 2008-09-02 | 세인트 루이스 유니버시티 | Direct electron transfer using enzymes in bioanodes, biocathodes, and biofuel cells |
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KR20180137755A (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-28 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Micro fluidic fuel cell and method to manufacture thereof |
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