알루미늄으로부터 고분자 전해질 연료전지용 수소발생에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

알루미늄 합금과 NaOH 반응에 의한 수소 발생은 이송용 고분자 전해질 연료전지에 적용하기 위해 연구되었다.
이 반응에 있어서 문제점은 수소를 일정하게 공급하기 위해 온도 제어가 필요하다는 것과 알루미늄 표면이 쉽게 부동태화 된다는 점이다.
본 논문에서는 알칼리와 알루미늄 합금의 반응에서 화학적, 전기화학적 연구를 수행하였다.
그 결과 용액 온도와 NaOH 농도가 증가할수록 수소발생속도가 증가하였고, 활성화 에너지는 39.48∼ 53.3 kJ/mol이였다. 상압, 고압(∼18bar) 회분식 반응기에서 불순물을 함유하는 Al 합금은 순수 Al 보다 높은 수소발생속도를 보였고, 92%이상의 수소 수득률을 보였다. 또한, 온도제어을 통해 일정한 수소를 발생하였다.
1M NaOH 용액, 70oC 이상의 온도에서 부동태화가 발견되었고, 알루미늄 부동태화는 전압, 알칼리 농도, 온도에 영향이 있었다.
고순도 수소와 알루미늄으로부터 생성된 수소를 공급한 단위전지의 경우 유사한 성능을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Hydrogen production by the reaction of aluminum alloys and NaOH solution was studied for an automotive proton exchange membrane fuel cells(PEMFC) application.
A hurdle to the production of hydrogen via this corrosion reaction is that temperature control was necessary for constant hydrogen supply, the aluminum surface is easily passivated.
In this paper, chemical and electrochemical studies on the reaction aluminum with alkaline solution were performed.
As a results, Higher rate of hydrogen production was observed at the reaction with Al alloys that contain impurities in atmospheric and high pressure batch reactor(up to 18bar). and conversion of hydrogen was shown over 92 percent.
Also, Continuous hydrogen production was performed by temperature control.
Passivation of aluminum appeared with 1M NaOH and temperatures of over 70oC. Potential, concentration of alkaline solution and temperature effected on the passivation of aluminum.
PEMFC cell by feeding hydrogen produced from aluminum and high purity hydrogen into the anode were shown similar performance.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• I-1. 고분자 전해질 연료전지 1
• I-2. 수소 3
• I-2-1. 수소제조 5
• I-2-2. 수소저장 7
• I-3. 알루미늄에 의한 수소발생 10
• I-3-1. 알루미늄과 중성 물의 반응 11
• I-3-2. 고온에서의 반응 11
• I-3-3. 알루미늄의 알칼리 용해반응 12
• II. 실험 14
• II-1. 회분식 반응기를 이용한 수소발생 14
• II-1-1. 상압에서 수소발생 14
• II-1-2. 고압에서 수소발생 16
• II-2. 반 회분식 반응기를 이용한 수소발생 17
• II-3. 반쪽전지 실험 18
• II-4. 단위전지 운전 20
• III. 결과 및 고찰 22
• III-1. 회분식 반응기를 이용한 수소발생 22
• III-1-1. 상압에서 수소발생 22
• III-1-1-1. 합금에 따른 수소발생 영향 22
• III-1-1-2. 농도와 온도에 따른 수소발생 영향 25
• III-1-1-3. 알칼리에 따른 침전물 분석 30
• III-1-1-4. 온도 및 수소 발생속도 제어 33
• III-1-2. 고압에서 수소발생 39
• III-2. 반 회분식 반응기를 이용한 수소발생 46
• III-3. 전기화학적 측정에 의한 부동태화 현상 연구 48
• III-4. 단위전지 운전 62
• Ⅳ. 결론 69
• VI. 참고문헌 70
• Abstract 74