Development and performance evaluation of the on-board hydrogen generator by autothermal reforming process were carried out. Although PEM (Polymer Electrolyte Membrane) fuel cell has higher output power in a compact system,, supply of gaseous hydrogen has been a technical barrier for its wide application. Condensed phase fuel such as hydrocarbon is favored for a compact power generation system. Therefore, a reformer that extracts hydrogen from liquid fuel is an essential subsystem of the power pack. A typical reforming reaction is endothermic. As a result, conventional reformer has either a separate heat source such as a catalytic combustor or a parallel process in the same reactor to generate heat. The later device is called ATR (Autothermal reformer).Typical product gas of ATR still contains a large amount of carbon monoxide that poisons electro-catalyst of the MEA (Membrane Electrolyte Assembly). In the present study, we used the decomposition of hydrogen peroxide as a parallel exothermic reaction in the same reactor as the reformer. The decomposition of hydrogen peroxide releases water vapor and gaseous oxygen with enormous heat. The heat sustains the reforming reaction and the oxygen is used to recombine the carbon monoxide by oxidation. By parametric study, at the condition of 200℃ and the rate of methanol to 40% of hydrogen peroxide is 4 to 1, the Carbon monoxide contents are reduced by less than 800ppm. Using the present concept we could reduce the concentration of carbon monoxide in the product gas of the reformer by more than 80%. At that carbon monoxide contents, we can be possible to load the methanol-hydrogen peroxide ATR system without any devices.
본 논문에서는 휴대용 양자 교환막 연료전지 구동을 위한 메탄올-과산화수소 개질기에 관한 내용을 다루었다. 문헌조사 등을 통하여 실제로 휴대용 연료전지 구동을 위한 개질기 종류와 개질 방법 등에 대해서 장단점을 파악할 수 있었다. 기존의 개질기의 경우에는 주로 수증기 개질을 이용하여 시스템이 크고 복잡하며 반응이 느린 경우가 대부분이었다. 그래서 자열 개질을 이용하면 반응은 복잡하나 시스템이 간단하고 자가 운전이 가능한 개질기 개발이 가능하다는 점을 파악할 수 있었다. 자열 개질의 경우 역시 수증기 개질에 비해서 시스템이 간단하지만 액체와 기체를 따로 주입을 해야 하므로 특유의 장점을 잃어버린다. 또한 메탄올을 사용할 경우 다른 탄화수소계열에 비해 낮은 온도에서 작동하며 간단한 조건에서 개질이 가능하다는 것을 파악할 수 있었다. 그래서 본 논문에서는 메탄올을 연료로 사용하고 시스템의 구성이 용이하기 위해 과산화수소의 분해반응을 이용하여 산소와 물을 공급하는 자열 개질 반응을 실험을 통해 최적화를 한 뒤 개질기를 개발하는 것을 목적으로 한다. 또한 일산화탄소 발생하는 것을 최소화하여 양자 교환막 연료전지 구동시간을 상승시키기 위해서 새로운 촉매를 개발하고 일산화탄소 제거를 반응기내에 구성 가능하도록 개질기를 개발하였다. 이를 위해 구리와 산화아연을 이용한 알루미나 펠렛에 함침법을 이용한 촉매를 개발하였다. 또한 이 촉매를 사용하여 기존의 자열 개질 실험을 통해서 비교할 수 있는 데이터를 얻었다. 이를 통해서 실제 과산화수소와 메탄올 자열 개질실험을 할 수 있는 실험 계획을 확립하였다.
실제 과산화 수소와 메탄올의 반응의 정확한 데이터를 얻기 위해 다양한 변수를 통해서 실험을 수행하였다. 그 실험을 통해서 실제 휴대용 양자 교환막 연료전지를 구동하기에 가장 알맞은 조건과 문제점을 파악했으며 성능향상을 위한 개선 방안을 제시하였다.
