Part I 공기극의 불순물 농도에 따른 PEMFC의 성능 영향성
고분자 전해질 연료전지의 공기극에는 성능의 저하를 일으키는 다양한 오염원들이 존재한다. 본 논문에서는 공기극으로 주입되는 오염원을 SO₂와 NO₂의 혼합가스를 선택하여 전지에 미치는 영향을 조사하였다. SO₂와 NO₂의 총 합이 100ppm으로 설정하여 혼합가스의 비율을 각각 다르게 설정하였다. SO₂와 NO₂의 농도는 각각 25ppm:75ppm, 50ppm:50ppm. 75ppm:25ppm으로 주입하였으며 본 연구에서는 이를 case 1, case 2, case 3으로 명명하였다. 연료전지의 성능평가로서 i-V curve를 수행했으며, I-V curve는 모든 오염원 투입 전후로 측정하였으며, 특정 전류밀도 (0.8 mA cm-2) 상태에서 오염원 주입과 순수한 공기의 투입을 통한 회복과정에서의 전압의 변화 과정을 관찰하였다. 그리고 전기화학적 분석방법인 cyclic voltammetry (CV)와 electrochemical impedance spectroscopy (EIS)등을 수행하여 그 오염원 투입시 성능감소의 원인을 파악하였다. 그 결과 SO₂는 NO₂보다 연료전지 성능 변화에 더 많은 영향을 미쳤고 회복과정 이후에도 낮은 전압을 보여주었다.
Part II 탄소전극의 표면개질에 따른 VRFB의 전기화학특성 연구
본 논문은 Vanadium redox flow battery(VRFB)의 전극으로 사용하는 carbon felt를 CO₂ 분위기하에서 700℃부터 900℃까지 온도 변화를 주어서 표면개질을 시도하였다. 개질한 탄소전극의 정량적, 정성적 분석을 위하여 Scanning electron microscopy (SEM)와 X-ray photoelectron spectroscope (XPS)를 수행하였다. XPS 결과 온도가 증가함에 따라 표면에서 탄소와 산소의 작용기가 증가하였음을 볼 수 있었다. SEM 사진에서 개질한 탄소 전극 표면의 기공이 증가한 것으로 나타났다.. 전기화학적 특성 실험인 CV와 EIS 결과도 온도가 증가함에 따라 전극의 성능도 함께 증가하였다. 그러나 열처리 온도가 900 ℃ 일 때 전극의 성능이 감소하는 것은 중량손실이 급격하게 늘어났기 때문이다. 그러므로, CV와 EIS 결과는 850 ℃ 에서 가장 좋은 전극 성능을 보였다. 단위 전지 실험 결과 에너지 효율은 700℃ 에서 68.37%, 800℃에서 80.76%, 850℃에서 82.45%, 900℃에서 75.47%로 나타났다.