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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김상문
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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기능성 탄소층 삽입을 통한 저가습용 연료전지 성능 향상 연구
고분자 전해질막 연료전지는 유해 물질을 방출하지 않는 무공해 에너지 디바이스로 수십 년 동안 청정 에너지 장치로 주목 받아 오고 있다. 최근 연료 전지 시스템의 응용 분야는 발전용, 수송용뿐만 아니라 휴대용 장치 및 무인 항공기 시스템으로 확장되었으며, 이는 저가습 조건을 포함하여 다양한 환경에서 작동하는 고성능 연료 전지 시스템의 개발을 요구한다. 이러한 낮은 상대 습도 조건에서, 연료 전지 시스템의 막 전극 접합체의 수화는 나피온 막의 이온 전도성 감소로 인한 성능 저하를 방지하는 데 있어서 필수적이다. 본 연구는 환원극 측의 촉매층 상에 기능성 다공성 탄소층 삽입을 통하여 낮은 상대 습도 조건에서 막 전극 접합체의 수화를 돕고 연료전지 성능을 성공적으로 개선시켰다. 기능성 다공성 탄소층은 전기 화학 임피던스 분광법 및 Cyclic voltammograms 에 의해 확인되는 바와 같이 촉매의 전기 화학적 반응을 방해하지 않으면서 막 전극 접합체에서 생성 된 물을 유지 및 물질 전달을 유지하는 효과적인 역할을 한다. 또한, 기능성 다공성 탄소층에 쓰이는 적절한 이오노머 종류 및 최적화된 양과 기능성 다공성 탄소층의 두께를 조사하여 낮은 상대 습도 조건뿐만 아니라 다양한 환경에서 적합한 막 전극 접합체를 개발하고 성능 개선을 성공적으로 이루었다.
핵심어: 고분자 전해질막 연료전지, 낮은 상대 습도, 기능성 다공성 탄소층, 나피온 막의 수화
고분자 전해질막 연료전지는 유해 물질을 방출하지 않는 무공해 에너지 디바이스로 수십 년 동안 청정 에너지 장치로 주목 받아 오고 있다. 최근 연료 전지 시스템의 응용 분야는 발전용, 수송용뿐만 아니라 휴대용 장치 및 무인 항공기 시스템으로 확장되었으며, 이는 저가습 조건을 포함하여 다양한 환경에서 작동하는 고성능 연료 전지 시스템의 개발을 요구한다. 이러한 낮은 상대 습도 조건에서, 연료 전지 시스템의 막 전극 접합체의 수화는 나피온 막의 이온 전도성 감소로 인한 성능 저하를 방지하는 데 있어서 필수적이다. 본 연구는 환원극 측의 촉매층 상에 기능성 다공성 탄소층 삽입을 통하여 낮은 상대 습도 조건에서 막 전극 접합체의 수화를 돕고 연료전지 성능을 성공적으로 개선시켰다. 기능성 다공성 탄소층은 전기 화학 임피던스 분광법 및 Cyclic voltammograms 에 의해 확인되는 바와 같이 촉매의 전기 화학적 반응을 방해하지 않으면서 막 전극 접합체에서 생성 된 물을 유지 및 물질 전달을 유지하는 효과적인 역할을 한다. 또한, 기능성 다공성 탄소층에 쓰이는 적절한 이오노머 종류 및 최적화된 양과 기능성 다공성 탄소층의 두께를 조사하여 낮은 상대 습도 조건뿐만 아니라 다양한 환경에서 적합한 막 전극 접합체를 개발하고 성능 개선을 성공적으로 이루었다.
핵심어: 고분자 전해질막 연료전지, 낮은 상대 습도, 기능성 다공성 탄소층, 나피온 막의 수화
목차
Chapter 1. Introduction1.1 Research Background 11.2 Related Research Trends 21.3 Research Purpose 3Chapter 2. Experimental Section2.1 Preparation of the catalyst-coated membrane (CCM) 112.2 Preparation of the MEA with hydrophilic carbon-covering layer 112.3. Preparation of the MEA with hydrophilic carbon-covering layer 122.4. Electrochemical measurements 122.5. Physical analysis 13Chapter 3. Results and Discussion3.1 Comparison of Characterization hydrophobic and hydrophilic CCL 173.1.1 Wettability 173.1.2 Performance 173.2 Optimized performance and Analysis of Carbon-covered MEA 183.2.1 Formation of CCLs with different thickness on the catalyst layer 193.2.2 Improved performance of MEAs with CCLs in low RH condition 193.2.3 Electrochemical analysis of MEAs with CCLs 21Chapter 4. Conclusion 40
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