2015 학습성과발표회 포스터 ISA법을 이용한 MCFC 성능측정 지도교수 : 이충곤 교수님 이기정 화학공학과

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1 2015 학습성과발표회 포스터 ISA법을 이용한 MCFC 성능측정 지도교수 : 이충곤 교수님 이기정 화학공학과
Introdction 용융탄산염형 연료전지의 과전압 특성을 알아보기 위해 100cm2급의 단위전지를 사용하여 대기압 조건하에서의 불활성 기체 계단식 첨가법(Inert gas step addition, ISA)을 이용하여 측정하였다. 연료극 과전압에 영향을 주는 인자를 찾기 위해 측정 온도를 3가지(550℃, 650℃, 700℃)로 변화시켜 전지성능을 평가하였다. Experimental Fig.1은 ISA를 이용하여 MCFC를 측정하기 위해 필요한 장비를 간단하게 나타낸 구조도이다. Mass Flow Controller(MFC)를 통해 불활성 가스 및 반응물 가스의 유량을 조절하여 이용률을 조절한다. 공기극의 유량은 70mol% Air, 30mol% CO2를 MFC를 이용하여 맞추어 준다. Oscilloscope를 이용하여 불활성 가스를 흘려주었을 때의 전압 변화를 측정한다. 100cm2 단위전지 Mass Flow Controller Electronic Load Mass Flow Controller (Inert gas) Oscilloscope Fig.1 MCFC의 ISA 측정 장치 전체 구조도 Results △Van,a △Van,b N2 in N2 out A B C D E ‘a’ peak ‘b’ peak Fig.2 anode ISA 결과 (550℃) Fig.3 anode ISA 결과 (650℃) Fig.4 anode ISA 결과 (700℃) Fig. 2, 3, 4은 각 온도(550℃, 650℃, 700℃)에 따라 질소를 30초간 흘려주었을 때 anode에서의 ISA 측정 결과이다. 온도가 증가함에 따라 △Van,a, △Van,b의 크기가 점점 커짐을 알 수 있다. 이는 온도가 증가함에 따라 질소 첨가시 과전압이 변화함을 보여준다. 이를 통하여 반응물의 유량을 질소 첨가를 통해 증가시켰을 때 온도가 높아짐에 따라 생성되는 과전압의 크기 역시 커짐을 알 수 있다. Fig.5 질소유량에 따른 ‘a’ peak의 높이 (650℃) Fig.6 이용률의 변화에 따른 ‘a’ peak의 높이 (650℃) Fig.5은 650℃에서의 질소유량에 따른 △Van,a의 높이를 도시한 그래프이다. 질소 유량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이며 이는 유량이 증가함에 따라 과전압이 감소함을 보여준다. Fig.6은 650℃에서의 이용률 변화에 대한 △Van,a의 높이의 변화를 도시한 그래프이다. 불활성기체를 넣었을 때의 이용률의 변화에 따라서 초기 과전압은 감소하며, 이용률의 변화에 따라서 과전압은 증가한다. Conclusion ISA법을 이용하여 Anode극에 대한 온도 별 과전압을 측정한 결과, 온도가 증가함에 따라 과전압의 변화가 커짐을 관측할 수 있었다. ISA법을 통하여 Anode극에서의 과전압을 측정한 결과, 과전압은 불활성 기체의 첨가와 불활성 기체의 첨가로 인한 이용률의 변화, 첨가된 불활성기체의 유량에 의하여 변화함을 알 수 있었다. Reference C.-G Lee, B.-S Kang, H.-K Seo, H.-C Lim, J. Electroanalytical Chemistry, 540, , 2003