Fuel cell converts chemical energy of fuel into electrical energy with high efficiency and low emission of pol-lutants. So they have been developed as a promising alternative for energy conversion devices. Direct Etha-nol Fuel Cell (DEFC) is interesting for the portable application due to easiness of carrying liquid fuel com-pared to hydrogen fuel.
But one of the main drawbacks limiting for the practical realization of DEFC as a portable power source is “ethanol crossover”. Ethanol crossover is a phenomena that unreacted ethanol transfer through the electro-lyte membrane and reduces the performance. One way to alleviate ethanol crossover phenomena and en-hance the performance of electrolyte membranes of direct ethanol fuel cells (DEFCs) is adding additive parti-cles on polymer electrolyte membrane.
In this study, composite Nafion membranes with phosphotungstic acids (PWA) particles was fabricated and applied to reduce ethanol crossover for DEFCs. Furthermore, optimal ratio of Nafion and PWA was obtained.
The PWA-added Nafion membrane was prepared using the solution casting method, and its characteristics were examined by several tests, such as scanning electron microscopy (SEM) analysis, X-ray diffraction test, impedance measurement, diffusion cell test and single cell performance test.
The results of each test showed that the PWA nanoparticles dispersed uniformly in the fabricated mem-branes.The recasted membranes had a relatively low proton conductivity compared with commercial Nafion, however, it exhibited greater performance in ethanol-blocking and higher output power density.
The results suggest that the PWA-added Nafion membrane could be applied to DEFCs
연료전지는 연료의 화학적 에너지를 높은 효율로 전기적 에너지로 변환시키며, 공해물질의 배출이 적다. 따라서 연료전지들은 에너지 변환 장치를 대체할수 있도록 개발되고있다. 직접 에탄올 연료전지 (DEFC)는 휴대용 전자제품에 적용되는것에 이목을 받고 있는데, 액체 연료를 이용하기 때문에 수소연료보다 연료의 운반이 용이하기 때문이다.
그러나 "에탄올 크로스오버" 문제가 DEFC를 휴대용 전원으로 실용화 하는것을 제한하고있다. 에탄올 크로스오버는 에탄올이 반응하지 못하고 전해질막을 통과하고 성능을 감소시키는 현상이다. 이 현상을 완화시키는 방법중에 하나는 전해질막에 다른 입자들을 첨가하여 사용하는 것이다.
이 연구에서, PWA 입자들이 첨가된 네피온 복합 전해질막을 제조하고 직접 에탄올 연료전지에 적용해본다. 더 나아가, 네피온과 PWA 의 최적의 복합 비율을 찾아본다. PWA가 첨가된 네피온 전해질막은 솔루션 캐스팅 방법으로 제조되었으며, SEM, XRD, 임피던스 분석기, 디퓨전 셀, 연료전지 평가장비 등과 같은 장비들로 실험하여 전해질막들의 특성들을 알아보았다.
각 실험에서 PWA 나노입자들이 캐스팅된 전해질막에 균일하게 분산되었으며, 캐스팅 된 전해질막은 상용 네피온 전해질막에 비해 상대적으로 낮은 전도도를 가졌지만 에탄올의 통과를 방해하는 특성이 더 뛰어나 더 높은 출력 전력밀도를 보였다.
이 결과들을 통해 PWA가 첨가된 네피온 전해질막이 DEFC에 적용될수 있다고 결론을 내렸다.
