석탄 산처리에 따른 연료의 표면 물성 변화와 직접탄소 이용 연료전지 성능 간의 상관관계 분석

석탄 산처리에 따른 연료의 표면 물성 변화와 직접탄소 이용 연료전지 성능 간의 상관관계 분석

Correlation Between Surface Properties of Fuel and Performance of Direct Carbon Fuel Cell by Acid Treatment

저자명 김동헌, 엄성용, 최경민, 김덕줄

문서유형 학술논문학술지대한기계학회논문집 B 40(11) 697-704 1226-4881 KCI 

발행정보 대한기계학회 |2016년 |한국어 

주제분야 공학 > 기계공학  

서지링크 KISTI , 기계·건설공학연구정보센터

<초록>

본 논문에서는 역청탄인 Glencore 탄을 염산과 질산수용액을 이용하여 산 처리하고 원탄과 산 처리 된 석탄의 물리, 화학적 비교분석과 직접탄소 이용 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)의 성능 비교 분석을 수행하였다. 석탄의 물성들을 분석하기 위해 열중량 분석과 가스 흡착법, X선 광전자 분광법을 수행하였다. 열중량 분석을 통해 연료의 열적 반응성이 증가하였음을 알 수 있었고, 가스 흡착법 결과로 기공의 평균지름은 변화가 없었지만 표면적은 감소함을 알 수 있었다. X선 광전자 분광법에서는 HNO3 처리의 경우 가장 높은 산소/탄소 비율을 보였고, 이를 통해 다양한 표면 산소작용기가 증가한 것을 확인하였다. 연료의 표면 물성과 전기화학 성능을 비교한 결과, 표면의 산소 성분의 변화가 DCFC의 성능 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.

Coal modified by acid treatment was investigated to analyze the correlation between the cell performance and electrochemical parameters in a direct carbon fuel cell (DCFC). The fuels were subjected to thermogravimetry analysis, gas adsorption test, and X-ray photoelectron spectroscopy to investigate the fuel properties and surface characteristics. After the treatment of raw coal, the thermal reactivity of the treated fuels increased, and the specific surface area decreased, though the mean pore diameters of three fuels were similar. The coal treated by HNO3 showed the highest ratio of oxygen to carbon, and also an increase in the surface oxygen groups on the fuel surface. Through comparison between the fuel surface properties and electrochemical performance, it was confirmed that the surface oxygen groups have an influence on the improvement in the DCFC performance. 

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