HWAHAK KONGHAK, Vol.33, No.5, 559-569, October, 1995
소형 용융탄산염 연료전지 스택의 운전 특성: I. 100W급 십자흐름형 스택의 운전 특성
Performance of a Small-scale Molten Carbonate Fuel Cell Stack I : Performance of a 100W-Class Cross-flow Type Stack
초록
전극 유효 면적이 100㎠인 단위전지를 10단 적층한 100W급 내부분배형, 십자흐름형 MCFC 스택을 제작하고, 성능 측정 시스템을 구성하여 실험을 수행하였다. Anode 가스로 72%H2/18%CO2/
10%H2O, cathode 가스로 33%O2/67%CO2를 사용하였을 경우 스택의 개회로 전압은 이론치에 가까운 11.2V를 나타내었으며, 전류밀도 150mA/㎠(15A)에서 가스이용률이 0.4일 경우 스택 전압은 이론치에 가까운 11.2V를 나타내었으며, 전류밀도 150mA/㎠(15A)에서 가스이용률이 0.4일 경우 스택 전압은 7.3V로 100W 이상의 성능을 나타내었다. 그러나 단위전지 실험결과에 비하여 스택의 내부 저항 및 전극에서의 분극에 의한 전압 손실이 높았으며, 스택 내부에서의 단위전지 성능 분포도 균일하지 않아, 각 단위전지들의 적층 및 운전 환경의 차이를 최소화하여 균일한 성능 분포를 갖도록 하는 기술 개발이 필요한 점을 알았다. 가스이용률, 가스 조성 및 온도 등의 변수가 스택 성능에 미치는 영향을 조사하였으며 단위전지 실험결과와 비교해 보았다. 한편 연속 운전시 스택 성능의 감소율은 단위전지 실험의 경우에 비해 매우 높아 스택의 수명 향상이 요구되었다.
10%H2O, cathode 가스로 33%O2/67%CO2를 사용하였을 경우 스택의 개회로 전압은 이론치에 가까운 11.2V를 나타내었으며, 전류밀도 150mA/㎠(15A)에서 가스이용률이 0.4일 경우 스택 전압은 이론치에 가까운 11.2V를 나타내었으며, 전류밀도 150mA/㎠(15A)에서 가스이용률이 0.4일 경우 스택 전압은 7.3V로 100W 이상의 성능을 나타내었다. 그러나 단위전지 실험결과에 비하여 스택의 내부 저항 및 전극에서의 분극에 의한 전압 손실이 높았으며, 스택 내부에서의 단위전지 성능 분포도 균일하지 않아, 각 단위전지들의 적층 및 운전 환경의 차이를 최소화하여 균일한 성능 분포를 갖도록 하는 기술 개발이 필요한 점을 알았다. 가스이용률, 가스 조성 및 온도 등의 변수가 스택 성능에 미치는 영향을 조사하였으며 단위전지 실험결과와 비교해 보았다. 한편 연속 운전시 스택 성능의 감소율은 단위전지 실험의 경우에 비해 매우 높아 스택의 수명 향상이 요구되었다.
A 100W-class stack consisting of ten molten carbonate fuel cells has been fabricated and tested to establish the basic technology for an internally manifolded stack. Each cell in the stack had an effective electrode area of 100㎠, and reactant gases were distributed in each cell in a cross-flow configuration. Performance of the stack was investigated as a function of gas utilization, gas composition and temperature using a specially designed stack test apparatus. It was possible to have a stack with an output of more than 100W using an anode gas of 72%H2/18%CO2/10%H2O and a cathode gas of 33%/O2/67%CO2. The open circuit voltage of the stack was 11.2V and the voltage at a current density of 150mA/㎠ and gas utilization of 0.4 was 7.3V. The voltage loss due to the internal resistance and the electrode polarization, however, was higher than that of a single cell, and the distribution of cell voltages was not uniform indicating that differences.
- Hirschenhofer JH, Stauffer DB, Engleman RR, "Fuel Cells A Handbook," U.S. DOE/METC (1994)
- Selman JR, "Research, Development, and Demonstration of MCFC Systems," in Fuel Cell Systems (Blomen, L.J.M.J. and Mugerwa, M.N. eds.), Plenum Press, New York, p. 345 (1993)
- 홍성안, 오인환, 임태훈, 남석우, 윤성필, 이갑수, "2kW급 용융탄산염 연료전지 스택 개발," 한전기술연구원 보고서 (1994)
- Sato S, "Development of Internal Manifolding Stack," in Proceedings of the 2nd Symposium on MCFC, Electrochemical Society, Pennington, NJ, p. 137 (1990)
- Lim TH, Lee KS, Nam SW, Oh IH, Hong SA, Lim HC, HWAHAK KONGHAK, 32(3), 498 (1994)
- 홍성안, 오인환, 임태훈, 남석우, 하흥용, "용융탄산염 연료전지 기본기술 개발 [IV]," 한전기술연구원 보고서 (1992)
- Watanabe T, Horiuchi N, Ishikawa R, "Status and Prospect of MCFC Technologies," 電力中央硏究所報告 183027, p. 43 (1984)
- Ahn YJ, Chung GY, Ju JB, Nam SW, Oh IH, Lim TH, Hong SA, HWAHAK KONGHAK, 32(6), 830 (1994)