패브릭 기반 플랙시블 자가펌핑 마이크로유체 연료전지 개발

Abstract

현재 전염병의 발생과 사람들의 건강에 대한 인식과 관심이 증가하며 4차 산업혁명과 융합한 체외진단기기의 개발이 가속화 되었다. 체외진단기기뿐만 아니라 웨어러블 디바이스의 개발이 진행되면서 이에 걸맞는 전력원의 소요가 증가하여, 소형화와 자가연료공급이 가능한 전력원의 개발이 이루어지고있다. 따라서 본 연구는 마이크로 유체 연료전지의 개발을 제안한다. 최근 연구는 내구성이 약한 종이에서 패브릭 기반의 연료전지를 제작하여 종이의 약한 내구성을 패브릭기반의 연료전지를 개발함으로써 해결하였다. 패브릭은 소형화가 가능하며, 플랙시블하고, 자가연료공급이 가능하다. 종이와 같이 모세관현상으로 anloyte와 catholyte를 지속적으로 주입 할 수 있다. 연구실의 선행연구로 과산화수소와 염산을 사용한 연료전지를 개발하였다. 하지만 과산화수소와 염산은 오랜지속시간을 가지는데 있어서 제한이 있다. 부식성이 강한 염산은 전극을 손상시켜 효율을 떨어트리며, 이는 연료전지의 성능에 막대한 영향일 끼친다. 따라서 본 연구는 산성 전해질이 아닌 염기성 전해질을 사용하고자 한다. 연구실 선행 연구로 연료전지를 제작하기 위해 방수스프레이를 사용하였다. 본 연구는 방수 스프레이를 사용하는 방법이 아닌 ecoflex를 silk-printing 방법으로 패브릭에 도포하는 방식을 채택하였다. 방수 스프레이를 사용 했을 시 양면에 모두 도포를 해야하는 문제점이 있었다. 이는 ecoflex를 사용하여 이러한 문제점을 해결하였다. 양면을 도포하게 될 시에 수작업을 통한 유로 위치의 오차가 생겨 실험에 영향을 줄 수 있으며, ecoflex를 통하여 한 면에 도포를 하여 뒷면까지 도포되어, 이러한 오차를 제거하였다. 본 연구는 Linear sweep voltammetry, EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 와 Chronopotentiometry를 사용하여 연료전지의 성능, 저항 그리고 지속시간을 측정한다. 여러가지 유로 형상과 연료와 전해질의 농도, 촉매의 농도를 조절하며 가장 성능이 높은 조건을 선정하여 구조적인 변경을 통하여 연료전지의 성능을 개선한다.|In this study, unlike previous study, ecoflex is used to fabricate fuel cells. By using ecoflex, flexibility and enhanced durability is gained. Instead of using corrosive electrolyte such as acid and hydrogen peroxide, alkaline electrolyte potassium hydroxide is used to prevent electrode corrosion causing decreased performance of fuel cells. Potassium formate is used for its relatively inexpensive and less toxic. Also it has faster oxidationreduction in alkaline based electrolytes. The performance of this cell is increased using manganese oxide as cathode catalyst due to its due to its fuel tolerance. Maximum current density of 42.365 mA/cm 2 is gained and maximum power density of 12.602 mW/cm 2 is achieved. Also duration has been increased to 4days compared to the previous study.