Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.15, No.6, 676-680, October, 2004
기체 확산층의 전처리를 통한 공기호흡형 직접 메탄올 연료전지의 단위전지 특성 연구
Single Cell Characteristics of Air Breathing DMFC by Pretreatment of Gas Diffusion Layer
E-mail:
초록
본 연구에서는 공기 호흡형 및 수동형 DMFC를 이용하여 단위전지의 성능을 측정하였다. 공기 호흡형 및 수동형 DMFC는 연료와 산화제의 공급에 있어 외부의 강제적인 힘을 요구하지 않으므로 소형화가 가능하며 상온, 상압하에서 작동되므로 휴대용 전원으로서 사용 가능성이 높게 평가된다. 본 연구에서는 기체 확산층을 전처리하여 탄소종이의 기공도와 물리적 성질을 변형시킴으로써 DMFC의 성능 손실을 극복하고자 하였다. 탄소종이의 표면에 R.F 마그네튼론 스퍼터링 방법으로 Au 박막을 증착한 다음, 개질도니 기체 확산층의 특성을 분석하고 MEA를 구성하여 DMFC 단위전지의 성능을 측정하였다. 전처리 결과 탄소종이의 접촉 저항 및 분극 저항이 감소하였고, 전처리 시간이 증가함에 따라 단위전지의 성능도 함께 증가하였다. 처리하지 않은 탄소종이를 사용하였을 때 전지의 전력 밀도는 24.8 mW/cm2에 불과하지만, 90 min의 전처리를 거친 후 전력 밀도는 36.7 mW/cm2로 약 1.5배가 향상되었다. 결과적으로, 기체 확산층의 전처리는 연료전지의 성능을 향상시키는 효과를 가져왔다.
In this study, single cell performance of DMFC has been investigated under air-breathing and passive operation conditions. Air-breathing and passive DMFC has been expected to be easily applied to electric power sources, because it is operated without feeding fuel and oxidant by force under a room temperature and atmospheric pressure. And it is possible to make a small size fuel cell with simple operating system for portable electric equipment. In this study, a carbon paper for diffusion layer of DMFC was pretreated in order to control the pore geometry and the physical properties, Pretreated diffusion layer was fabricated by applying RF magnetron sputter0deposited Au on the surface of the carbon paper in argon atmosphere. By the experimental results, single cell performance of the DMFC using non-treated carbon paper and pretreated carbon paper as diffusion layer was 24.8 mW/cm2 and 36.7 mW/cm2, respectively. By pretreating diffusion layer, average pore diameter was decreased from 0.29 μm to 0.17 μm and the porosity was changed from 72.35% to 75.27%. Also surface resistance was decreased from 11.57 mΩㆍcm2 to 7.07 mΩㆍcm2. The highest power density of 36.7 mW/cm2 was obtained by sputtering Au on the diffusion layer for 90 min.
- Voss H, Huff J, J. Power Sources, 65, 155 (1997)
- Yoon SR, Hwang GH, Cho WI, Oh IH, Hong SA, Ha HY, J. Power Sources, 106(1-2), 215 (2002)
- Dyer CK, J. Power Sources, 106(1-2), 31 (2002)
- Kho BK, Kim YJ, Hong SA, Oh IH, Ha HY, J. Korean Electrochemical Society, 6, 23 (2003)
- Witham CK, Chun W, Valder TI, Narayanan SR, Electrochem. Solid State Lett., 3, 497 (2000)
- Scott K, Taama WM, Argyropoulos P, J. Power Sources, 79(1), 43 (1999)
- Han J, Park ES, J. Power Sources, 112(2), 477 (2002)
- Chen CY, Yang P, J. Power Sources, 123(1), 37 (2003)
- Liu J, Sun G, Zho F, Wang G, Zhao G, Chen L, Yi B, Xin Q, Study of sintered stainless steel fiber felt as gas diffusion backing in air-breathing DMFC, J. Power sources, in press (2004)
- Antolini E, Passos RR, Ticianelli EA, J. Appl. Electrochem., 32(4), 383 (2002)
- Passalacqua E, Squadrito G, Lufrano F, Patti A, Giorgi L, J. Appl. Electrochem., 31(4), 449 (2001)
- Hottinen T, Mikkola M, Mennola T, Lund P, J. Power Sources, 118(1-2), 183 (2003)
- Hsing IM, Wang X, Leng YJ, J. Electrochem. Soc., 149(5), A615 (2002)