고분자 전해질형 연료전지의 수소에 포함되어 있는 불순물 피독 시 회복 기법 개발 :Development of recovery method on poisoning impurities in hydrogen of polymer electrolyte membrane fuel cell stack

이동근

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이동근 (울산대학교, 울산대학교 대학원)

지도교수: 김준범

발행연도: 2016

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2018

다양한 작동 압력 및 상대습도에서 다공성유로를 적용한 고분자 전해질막 연료전지의 물 관리 연구

이동근 , 강동균 , 김민수 대한기계학회 춘추학술대회 2018.12 학술대회자료

2016

고분자 전해질형 연료전지의 수소에 포함되어 있는 불순물 피독 시 회복 기법 개발

이동근 화학공학과 2016.01 학위논문

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자동차와 화력 발전소의 화석 에너지 사용에 의한 대기 오염과 지구 온난화 문제가 심각해지고 있다. 유가 상승 등과 같은 석유 기반 에너지 문제가 심각해지고 있으며, 그 해답으로 청정 에너지원인 수소를 이용한 연료전지가 기대를 받기 시작했다.
연료전지는 탄화수소 개질 반응을 통하여 생산된 수소를 연료로 사용하고 있다. CO, H2S, NH3, CH4 등의 불순물이 포함된 수소연료가 PEM fuel cell의 anode에 공급되면 전극이나 MEA에 손상을 주거나 성능저하가 발생할 수 있다.
일산화탄소는 고분자전해질 연료전지에 사용되는 촉매인 백금과 잘 결합하는 특성을 가지고 있기 때문에 수소가 흡착되어 산화가 일어나야 하는 촉매의 활성을 감소시킨다. PEMFC는 일산화탄소의 농도, 노출 시간 및 연료전지의 작동 온도와 사용되는 촉매의 종류에 따라 영향을 받는다고 알려져 있다. 또한 황화수소의 경우 소량만 존재하여도 촉매에 강하게 흡착하여 활성을 감소시키며, 피독 된 촉매는 회복이 매우 어려운 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 수소에 포함될 수 있는 불순물인 CO, H2S 불순물의 조성이 연료전지 성능에 미치는 영향과 다양한 회복 기법 적용 시 연료전지 성능에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 이러한 연구결과는 불순물 피독에 대한 회복법을 구축함으로써 스택 효율 상승 및 내구성을 향상 할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 스택 유지, 보수 비용 저감 효과를 통해 연료전지 자동차 상용화에 더 기여할 것으로 예상된다.

1.서론 1
1.1 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 원리 2
1.2 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 구조 5
1.3 고분자 전해질 연료전지 오염의 영향 7
1.3.1 수소 연료에 포함된 불순물에 대한 영향 8
1.3.2 불순물 종류에 따른 연료전지 성능에 미치는 영향
1.3.2.1 Carbon monoxide(CO)에 의한 영향 10
1.3.2.2 Carbon dioxide(CO2)에 의한 영향 12
1.3.2.3 황화수소(H2S)에 의한 영향 12
1.3.2.4 암모니아(NH3)에 의한 영향 13
1.3.2.5 양이온에 의한 영향 14
1.3.2.6 공기오염에 의한 영향 14
1.3.2.7 기타 불순물의 영향 15
1.4 불순물 오염방지 및 완화방안 16
2.본론
2.1 실험방법
2.1.1 대면적 평가 시스템 구축 18
2.1.2 불순물 피독 및 회복 연구
2.1.2.1 CO 불순물 피독 및 회복 21
2.1.2.2 H2S불순물 피독 및 회복 21
2.1 실험결과
2.2.1 CO 불순물 피독 및 회복 23
2.2.2 H2S 불순물 피독 및 회복
2.2.2.1 H2S 농도의 영향 34
2.2.2.2 2 ppm H2S 피독 후 회복 기법에 따른 영향 41
2.2.2.3 0.5 ppm H2S 피독 후 회복 기법에 따른 영향 56
3.결론
3.1 CO 불순물 피독 및 회복 76
3.2 H2S 불순물 피독 및 회복 77
4.참고문헌 78

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