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KR101382031B1 - Electrolytic solution for aluminum-air fuel cell and aluminum-air fuel cell containing the same - Google Patents

Electrolytic solution for aluminum-air fuel cell and aluminum-air fuel cell containing the same Download PDF

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Publication number
KR101382031B1
KR101382031B1 KR1020120129672A KR20120129672A KR101382031B1 KR 101382031 B1 KR101382031 B1 KR 101382031B1 KR 1020120129672 A KR1020120129672 A KR 1020120129672A KR 20120129672 A KR20120129672 A KR 20120129672A KR 101382031 B1 KR101382031 B1 KR 101382031B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum
fuel cell
air fuel
electrolyte
trivalent chromium
Prior art date
Application number
KR1020120129672A
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Korean (ko)
Inventor
김정구
박인준
남태흠
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to an electrolytic solution for an aluminum-air fuel cell and an aluminum-air fuel cell containing the same. According to one embodiment of the present invention, the electrolytic solution for an aluminum-air fuel cell includes trivalent chromium salt. The electrolytic solution includes an alkali solution and the trivalent chromium salt. The trivalent chromium salt is Cr2O3. According to one embodiment of the present invention, the electrolytic solution for an aluminum-air fuel cell includes an anode; a cathode; and an electrolytic solution.

Description

알루미늄―공기 연료 전지용 전해액 및 이를 포함한 알루미늄―공기 연료 전지 {ELECTROLYTIC SOLUTION FOR ALUMINUM―AIR FUEL CELL AND ALUMINUM-AIR FUEL CELL CONTAINING THE SAME}ELECTROLYTIC SOLUTION FOR ALUMINUM-AIR FUEL CELL AND ALUMINUM-AIR FUEL CELL CONTAINING THE SAME

본 발명은 알루미늄-공기 연료전지용 전해액 및 이러한 전해액을 포함하는 알루미늄-공기 연료전지에 관한 것이다. 알루미늄-공기 연료전지용 전해액은 3가 크롬염을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to an electrolyte for an aluminum-air fuel cell and an aluminum-air fuel cell comprising such an electrolyte. The electrolyte for an aluminum-air fuel cell is characterized by containing a trivalent chromium salt.

전력이 부족한 세계에서 언제나 새로운 배터리 기술을 찾기 위한 노력과, 사용자 응용에 적합한 현존 기술을 수정하기 위한 노력이 있었다. 성장에 대한 관심의 증가는 "깨끗한" 연료와 배터리 개발에 대한 필요성을 구동시켰다. 동시에 배터리 기술은 배터리 가격 또는 운영 시간으로 구성되지 않는다. There has always been an effort to find new battery technologies in the power-hungry world and to modify existing ones for user applications. Increasing interest in growth has driven the need for "clean" fuel and battery development. At the same time, battery technology does not consist of battery price or operating time.

연료 전지들은 배터리에 대한 좋은 대체로 인식되어 왔으며, 이 기술은 환경친화형이며 전력 수송에 있어서 우수한 성능에 대한 잠재성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 연료 전지 발전은 화석 연료의 부담을 줄여 주는데 도움을 줄 수 있다. Fuel cells have been recognized as a good replacement for batteries, and the technology is known to be environmentally friendly and have the potential for superior performance in power transportation. Fuel cell power generation can help reduce the burden of fossil fuels.

현재 시장에는 다음과 같은 다양한 연료 전지 기술이 존재하는데, 그 예로는 Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell(PEMFC), Alkaline fuel cell(AFC), Phosphoric-acid Fuel Cell(PAFC), Solid Oxide Fuel Cell(SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC) 등이 있다.There are a variety of fuel cell technologies currently on the market, including Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), Alkaline fuel cell (AFC), Phosphoric-acid Fuel Cell (PAFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC).

이 그룹에 합류한 가장 최근의 연료 전지 그룹은 금속-공기형 연료 전지이다. 이 연료 전지는 전극으로서 금속-공기를 사용한다. 양극에서 공통적으로 사용된 금속은 아연과 알루미늄이다. 이 중 알루미늄형 연료 전지는 풍부한 이용성 때문에 대중성을 얻고 있다 The most recent group of fuel cells that have joined this group is metal-air fuel cells. This fuel cell uses metal-air as an electrode. Common metals used in the anode are zinc and aluminum. Among these, aluminum fuel cells have gained popularity due to their rich availability.

높은 이론적 용량과 기전력을 가지고 있는 알루미늄-공기 연료전지는 알루미늄과 공기 중 산소와의 전기화학적 반응에 의해 전력을 생산하는 전지시스템으로써, 알루미늄과 전해액 간의 전기화학적 반응성이 전지성능을 결정한다. 알루미늄-공기 연료전지는 기본적으로 연료로써 소모되어 전자를 생산하는 금속 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 양극(anode), 전자를 받아 물과 산소를 환원시키는 탄소전극 등을 포함하는 음극(cathode), 전극의 전기화학적 반응이 일어나고 이온이 교환되는 전해액 (electrolyte)로 구성된다.
The aluminum-air fuel cell, which has high theoretical capacity and electromotive force, is a battery system that generates electric power by electrochemical reaction between aluminum and oxygen in air, and the electrochemical reactivity between aluminum and electrolyte determines cell performance. An aluminum-air fuel cell is basically an anode comprising a metal aluminum or an aluminum alloy consumed as fuel to produce electrons, a cathode including a carbon electrode receiving electrons to reduce water and oxygen, and the like. It consists of an electrolyte (electrolyte) in which the electrochemical reaction of is carried out and the ions are exchanged.

알루미늄-공기 연료전지의 반응식은 아래와 같다.
The reaction scheme of the aluminum-air fuel cell is shown below.

양극산화반응Anodization

Al + 4OH- → Al(OH)4- + 3e- (-2.38 VSHE)
Al + 4OH- → Al (OH) 4- + 3e- (-2.38 VSHE)

음극환원반응Cathodic reduction reaction

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (0.4 VSHE)
O2 + 2H 2 O + 4e- → 4OH- (0.4 VSHE)

전체전지반응Full cell reaction

4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3
4Al + 3O 2 + 6H 2 O → 4Al (OH) 3

알루미늄-공기 연료전지는 양극(anode)인 알루미늄 금속의 이온화 과정 중에 생성되는 전자가 도선을 따라 이동하여 음극(cathode)인 공기극으로 이동하여 공기 중의 산소와 물을 환원시켜 전기를 생성하는 작동 원리를 가지고 있다. In the aluminum-air fuel cell, electrons generated during ionization of an aluminum metal, which is an anode, move along a wire and move to a cathode, which is a cathode, to reduce oxygen and water in the air to generate electricity. Have.

현재 알루미늄-공기 연료전지는 기존 알칼리 수용액 전해액에서 상대적으로 높은 활성화 분극(activation overpotential)에 의해 방전 시 전지 전압이 급격하게 낮아지는 구간이 발생한다(도 2에서 화살표 표시 구간임). 알루미늄-공기 연료전지에서 나타나는 활성화 분극 거동은 알루미늄과 전해액 계면에서 알루미늄의 이온화 속도의 지연(delay of ionization rate)이 주된 원인이다. 활성화 분극에 의해 영전류 상태(zero current condition)와 비교하여 방전 시 전지의 전압이 크게 감소하고, 결과적으로 알루미늄-공기 연료전지의 출력밀도를 감소시키게 된다는 문제점이 있었다.
In the current aluminum-air fuel cell, due to the relatively high activation overpotential in the existing alkaline aqueous electrolyte solution, the battery voltage suddenly decreases during discharge (indicated by an arrow in FIG. 2). The activation polarization behavior seen in the aluminum-air fuel cell is mainly due to the delay of ionization rate of aluminum at the interface between the aluminum and the electrolyte. Due to the activation polarization, there is a problem in that the voltage of the battery during the discharge is greatly reduced as compared with the zero current condition, and as a result, the output density of the aluminum-air fuel cell is reduced.

본 발명은 첨가제로서 3가 크롬염을 포함하는 알루미늄-공기 연료전지용 알칼리 전해액을 제공하고, 또한 이러한 전해액을 포함하는 알루미늄-공기 연료전지를 제공한다.The present invention provides an alkaline electrolytic solution for an aluminum-air fuel cell containing a trivalent chromium salt as an additive, and also provides an aluminum-air fuel cell comprising such an electrolyte.

이러한 전해액에 의해, 종래 기술에서 언급된 활성화 분극을 억제시킬 수 있어, 연료 전지의 전류-전압 특성, 전류-출력 특성 및 방전 특성이 향상될 수 있다.By such an electrolyte solution, the activation polarization mentioned in the prior art can be suppressed, so that the current-voltage characteristic, current-output characteristic and discharge characteristic of the fuel cell can be improved.

또한, 3가 크롬염을 포함한 전해액은 자연 상태에서 존재하는 크롬의 산화 형태이며, 6가 크롬 이온과는 달리 인체에 무독성이기 때문에 본 발명에 따른 전해액은 환경 친화적이라는 장점도 갖는다.In addition, the electrolyte solution containing a trivalent chromium salt is an oxidized form of chromium present in a natural state, and unlike hexavalent chromium ions, the electrolyte solution has an advantage of being environmentally friendly because it is nontoxic to the human body.

본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지용 전해액은, 상기 전해액은 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함하는 것을 특징으로 한다.Aluminum-air fuel cell electrolyte according to an embodiment of the present invention, the electrolyte is characterized in that it comprises an aqueous alkali solution and trivalent chromium salt.

한편, 이러한 전해액은 0.01M 이하의 3가 크롬염을 포함한 것을 특징으로 하며, 또한 3가 크롬염이 Cr2O3인 것을 특징으로 한다.On the other hand, such an electrolyte is characterized in that it contains a trivalent chromium salt of 0.01M or less, and the trivalent chromium salt is characterized in that Cr 2 O 3 .

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지는, 양극; 음극; 및 전해액을 포함하고, 이 경우 전해액은 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함한 것을 특징으로 한다.Aluminum-air fuel cell according to a further embodiment of the present invention, the anode; cathode; And an electrolyte solution, in which case the electrolyte solution is characterized by including an aqueous alkali solution and a trivalent chromium salt.

한편, 이 경우에도 역시 전해액은 0.01M 이하의 3가 크롬염을 포함한 것을 특징으로 하며, 또한 3가 크롬염이 Cr2O3인 것을 특징으로 한다.
On the other hand, in this case, too, the electrolyte solution is characterized by including a trivalent chromium salt of 0.01M or less, and also characterized in that the trivalent chromium salt is Cr 2 O 3 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지의 모식도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지의 전류-전압 특성 결과를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지의 전류-출력 특성 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지의 방전 특성 결과를 도시한다.
도 5는 크롬염을 0.01M을 첨가한 경우와 이를 초과하여 첨가한 경우의 활성화 분극의 억제 정도를 비교한 데이터이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 shows a schematic diagram of an aluminum-air fuel cell according to one embodiment of the invention.
2 shows the current-voltage characteristic results of an aluminum-air fuel cell according to one embodiment of the invention.
3 shows the results of the current-output characteristics of an aluminum-air fuel cell according to one embodiment of the invention.
Figure 4 shows the results of the discharge characteristics of the aluminum-air fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a data comparing the degree of suppression of activation polarization when the addition of 0.01M chromium salt and when exceeding it.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.The following description provides a simplified description of one or more embodiments in order to provide a basic understanding of embodiments of the invention. This section is not a comprehensive overview of all possible embodiments and is not intended to identify key elements or to cover the scope of all embodiments of all elements. Its sole purpose is to present the concept of one or more embodiments in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.

본 발명은 첨가제로서 3가 크롬염을 포함하는 알루미늄-공기 연료전지용 알칼리 전해액 및 그를 포함하는 알루미늄-공기 연료전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 양극(anode)을 알루미늄 금속으로 하고 음극(cathode)을 금속산화물이 촉매로 포함된 카본전극으로 하며, 3가 크롬염이 포함된 알칼리 수용액을 전해액으로 한 알루미늄-공기 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to an alkaline electrolyte for an aluminum-air fuel cell comprising a trivalent chromium salt as an additive, and to an aluminum-air fuel cell comprising the same. Specifically, the anode is made of aluminum metal and the cathode is made of metal. The present invention relates to an aluminum-air fuel cell comprising an oxide containing a carbon electrode as a catalyst and an alkaline aqueous solution containing a trivalent chromium salt as an electrolyte.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지의 모식도를 도시한다.1 shows a schematic diagram of an aluminum-air fuel cell according to one embodiment of the invention.

도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지는 양극(101); 음극(103) 및 전해액(102)을 포함한다. As shown in FIG. 1, an aluminum-air fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an anode 101; A cathode 103 and an electrolyte 102 are included.

양극(101)은 이온화되어 전자를 생성할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이며, 이러한 양극의 크기나 모양에는 특별한 제한은 없다.The anode 101 is aluminum or an aluminum alloy that can be ionized to generate electrons, and there is no particular limitation on the size or shape of the anode.

음극(103)은 공기극으로서 양극에서 생성된 전자를 받아서 산소를 환원시킬 수 있는 물질이면 어떤 것이라도 가능하며, 바람직하게는 금속 산화물이 촉매로 포함된 카본 전극이 이용된다.The cathode 103 can be any material as long as it is a material capable of reducing oxygen by receiving electrons generated at the anode as an air cathode. Preferably, a carbon electrode containing a metal oxide as a catalyst is used.

전해액(102)은 이하에서 더욱 자세히 설명하도록 하겠다.The electrolyte 102 will be described in more detail below.

현재 알루미늄-공기 연료 전지에 이용되고 있는 전해액은 알칼리 수용액 전해액으로서 NaCl, KOH, NaOH 등을 포함한 알칼리 수용액 전해액이 이용되고 있다.As the electrolyte solution currently used for aluminum-air fuel cells, an alkaline aqueous solution electrolyte containing NaCl, KOH, NaOH or the like is used as the alkaline aqueous solution electrolyte.

이러한 종래의 알칼리 수용액 전해액에서는 상대적으로 높은 활성화 분극(activation overpotential)에 의해 방전시 전지 전압이 급격하게 낮아지는 구간이 발생한다. 이러한 구간은 도 2에서 화살표로 표시된 구간으로서, 전압이 급격히 떨어지는 모습을 나타내며 이러한 활성화 분극 거동에 의해 전류-전압 특성, 전류-출력 특성 등이 모두 떨어지게 된다. In such a conventional alkaline aqueous electrolyte solution, a section in which the battery voltage decreases rapidly during discharge due to relatively high activation overpotential occurs. This section is a section indicated by an arrow in FIG. 2, which shows a sharp drop in voltage and all of the current-voltage characteristics, current-output characteristics, etc. are dropped by the activation polarization behavior.

알루미늄-공기 연료전지에서 나타나는 활성화 분극 거동은 알루미늄과 전해액 계면에서 알루미늄의 이온화 속도의 지연(delay of ionization rate)이 주된 원인이다. 활성화 분극에 의해 영전류 상태(zero current condition)와 비교하여 방전시 전지의 전압이 크게 감소하고, 결과적으로 알루미늄-공기 연료전지의 출력밀도를 감소시키게 된다는 문제점이 있었다.The activation polarization behavior seen in the aluminum-air fuel cell is mainly due to the delay of ionization rate of aluminum at the interface between the aluminum and the electrolyte. Due to the activation polarization, there is a problem that the voltage of the battery during the discharge is greatly reduced as compared with the zero current condition, and as a result, the output density of the aluminum-air fuel cell is reduced.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 현재 이용되고 있는 종래의 알칼리 수용액에 3가 크롬염을 첨가하였다.In the present invention, trivalent chromium salt was added to the conventional aqueous alkali solution currently used to solve this problem.

본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-공기 연료 전지용 전해액은, 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함한다.An electrolyte solution for an aluminum-air fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an aqueous alkali solution and a trivalent chromium salt.

알칼리 수용액은 통상의 알칼리 수용액이면 모두 가능하며, 예를 들면 NaCl, KOH, NaOH 수용액 등이 있다.The aqueous alkali solution may be any common aqueous alkali solution, and examples thereof include NaCl, KOH, and NaOH aqueous solution.

3가 크롬염은 3가 크롬 이온(Cr3+)을 포함한 것으로서, 이러한 3가 크롬 이온은 자연 상태에서 존재하는 크롬의 산화 형태이고, 6가 크롬 이온(Cr6+)과 달리 인체에 무독성이다. 따라서, 본 발명에 따른 전해액은 환경 친화적인 특징도 갖는다.Trivalent chromium salts contain trivalent chromium ions (Cr 3+ ), which are oxidized forms of chromium present in nature and are nontoxic to humans, unlike hexavalent chromium ions (Cr 6+ ). . Therefore, the electrolyte according to the present invention also has environmentally friendly features.

이러한 3가 크롬염을 통해 본 발명의 일 실시예의 전해액에 포함되어 있는 3가 크롬 이온은 크롬 금속으로 석출되면서 알루미늄 표면의 합금화를 유도하게 된다. 이러한 알루미늄의 표면 상태는 알루미늄의 이온화 속도를 증가시키게 되고, 이에 의해 알루미늄의 활성화 분극에 따른 전압 강하라는 종래의 문제점을 억제시킬 수 있게 된다.Through such trivalent chromium salt, trivalent chromium ions contained in the electrolyte of an embodiment of the present invention are precipitated as chromium metal to induce alloying of the aluminum surface. This surface state of aluminum increases the ionization rate of aluminum, thereby suppressing the conventional problem of voltage drop due to activation polarization of aluminum.

3가 크롬염은 CrCl3, Cr2O3 등 다양한 형태가 존재할 수 있다. 이 경우에, 실험 결과 가장 뛰어난 특성을 나타내는 것은 Cr2O3이다. 도 2 내지 도 4에서 보는 것처럼, Cr2O3의 경우, 활성화 분극을 더 잘 억제시키고, 전류-전압 특성, 전류-출력 특성 및 방전 특성이 더욱 뛰어남을 확인할 수 있다.The trivalent chromium salt may have various forms such as CrCl 3 and Cr 2 O 3 . In this case, the most excellent characteristic of the experiment is Cr 2 O 3 . 2 to 4, in the case of Cr 2 O 3 , activation polarization is more suppressed, and current-voltage characteristics, current-output characteristics, and discharge characteristics are confirmed to be more excellent.

한편, 본 발명에 따른 전해액은 0.01M 이하의 3가 크롬염을 포함한 것이 바람직하다. 크롬염이 포함됨에 따라 활성화 분극이 억제되는데, 도 5에서와 같이 크롬염을 0.01M을 초과하여 첨가시키더라도, 활성화 분극의 억제 정도는 거의 동일하게 유지된다. 따라서, 크롬염은 0.01M 이하만큼 첨가하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the electrolyte solution which concerns on this invention contains the trivalent chromium salt of 0.01 M or less. The activation polarization is suppressed as the chromium salt is included. Even if the chromium salt is added in excess of 0.01 M, as shown in FIG. Therefore, it is preferable to add chromium salt by 0.01 M or less.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 알루미늄-공기 연료 전지가 개시되며, 이러한 연료 전지는 양극; 음극 및 전해액을 포함하고, 이 경우에 전해액은 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함한다.According to a further embodiment of the present invention, an aluminum-air fuel cell is disclosed, which comprises a positive electrode; An anode and an electrolyte solution are included, in which case the electrolyte solution contains an aqueous alkali solution and a trivalent chromium salt.

이 경우에도 3가 크롬염은 Cr2O3가 가장 바람직하며, 그 첨가량은 0.01M 이하인 것이 바람직하다.In this case as well, the trivalent chromium salt is most preferably Cr 2 O 3 , and the amount thereof is preferably 0.01 M or less.

이하에서는 구체적인 실험예에 따라 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
Hereinafter will be described the content of the present invention according to a specific experimental example.

3가 크롬염을 포함한 전해액의 비교를 위해 CrCl3 및 Cr2O3를 포함한 전해액을 각각 제조하였으며, 기본 전해액으로는 4M NaOH 전해액을 이용하였다.
For comparison of the electrolyte solution containing a trivalent chromium salt, an electrolyte solution containing CrCl 3 and Cr 2 O 3 was prepared, respectively, and a 4M NaOH electrolyte solution was used as a basic electrolyte solution.

제조예 1: 첨가제로서 크롬(III) 옥사이드 (Cr2O3)를 사용한 전해액과 이러한 전해액을 포함한 연료 전지의 제조
Preparation Example 1 Preparation of an Electrolyte Solution Using Chromium (III) Oxide (Cr 2 O 3 ) as an Additive and a Fuel Cell Including Such Electrolyte

(1) 전해액의 제조(1) Preparation of Electrolyte

증류수에 NaOH를 용해시켜 4M NaOH을 기본용액에 0.01M 농도로 Cr2O3를 용해시켜 전해액을 제조하였다.
NaOH was dissolved in distilled water, and 4M NaOH was dissolved in Cr 2 O 3 at a concentration of 0.01M in a basic solution to prepare an electrolyte solution.

(2) 연료전지 셀의 제조 (2) Manufacture of fuel cell

전해액에 따른 전지특성을 평가하기 위해 도 1과 같은 전지 시스템을 구성하였다. 양극인 알루미늄 또는 알루미늄 합금(101)은 에폭시 레진을 이용하여 한 면만 노출시킨 상태로 마운팅 하였으며, 실리콘을 이용하여 전해액에 노출되는 부분을 가로 세로 각각 1 cm로 제어하였다. 공기극(103)은 셀의 구멍이 있는 외벽에 접착제 및 실리콘을 이용하여 부착하였다. 전해액과 공기극이 접촉하는 면적은 지름이 3cm인 구멍의 면적으로 약 7.07cm2이었다. 양극의 위치를 고정시켜 양극과 공기극의 간격을 0.5cm로 일정하게 하였다.
In order to evaluate battery characteristics according to the electrolyte, a battery system as illustrated in FIG. 1 was configured. The aluminum or aluminum alloy 101, which is a positive electrode, was mounted in a state in which only one surface was exposed by using an epoxy resin, and a portion exposed to the electrolyte by using silicon was controlled to 1 cm in length and width. The cathode 103 was attached to the outer wall of the cell with adhesive and silicon. The area where the electrolyte solution and the cathode contacted each other was about 7.07 cm 2 as the area of the hole having a diameter of 3 cm. The position of the anode was fixed to keep the distance between the anode and the cathode at 0.5 cm.

제조예 2: 첨가제로서 크롬(III) 클로라이드 (CrCl3)를 사용한 전해액 및 이를 포함하는 연료전지의 제조
Preparation Example 2 Preparation of an Electrolytic Solution Using Chromium (III) Chloride (CrCl 3 ) as an Additive and a Fuel Cell Comprising the Same

(1) 전해액의 제조(1) Preparation of Electrolyte

증류수에 NaOH를 용해시켜 4M NaOH을 기본용액에 0.01M 농도로 CrCl3를 용해시켜 전해액을 제조하였다.
NaOH was dissolved in distilled water, and 4M NaOH was dissolved in CrCl 3 at a concentration of 0.01M in a basic solution to prepare an electrolyte solution.

(2) 연료전지 셀의 제조(2) Manufacture of fuel cell

제조된 전해액을 이용해 상기 제조예 1과 동일하게 연료전지 셀을 제조하였다.
A fuel cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, using the prepared electrolyte solution.

비교예 1: 기본전해액 및 이를 포함하는 연료전지의 제조
Comparative Example 1: Preparation of Basic Electrolyte and Fuel Cell Comprising the Same

증류수에 NaOH를 용해시켜 4M NaOH의 기본전해액을 제조하고, 이를 이용하여 상기 제조예 1과 동일하게 연료전지 셀을 제조하였다.
NaOH was dissolved in distilled water to prepare a basic electrolyte solution of 4M NaOH, and a fuel cell was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 using the same.

이렇게 제조된 전해액들을 이용해 전해액의 종류에 따른 연료 전지의 특성 평가를 수행하였으며, 그 결과는 아래와 같다.
Characterization of the fuel cell according to the type of electrolyte was performed using the prepared electrolytes, and the results are as follows.

- 실험예 1: 전류-전압 특성 평가 (I-V curve)Experimental Example 1 Evaluation of Current-Voltage Characteristics (I-V Curve)

본 실험은 상기 제조예에서 제조된 연료전지 셀을 이용하였으며, 전류밀도를 0.05mA/s의 일정한 속도로 증가시킴에 따른 전압의 변화를 나타내었다. 최종 전압은 0V로 설정하였다. 도 2는 본 발명의 전해액 조성에 따른 알루미늄-공기 연료전지의 전류-전압특성(I-V curve)을 나타낸다.In this experiment, the fuel cell manufactured in the above production example was used, and the voltage was changed as the current density was increased at a constant speed of 0.05 mA / s. The final voltage was set to 0V. Figure 2 shows the current-voltage characteristics (I-V curve) of the aluminum-air fuel cell according to the electrolyte composition of the present invention.

도 2에서 나타낸 것과 같이, 3가 크롬염이 첨가된 전해액의 경우 저전류 영역 (0~10mA/cm2)에서 전압감소량이 기본전해액에 비해 매우 낮았다. 전류크기가 증가함에 따라 나타나는 전압감소 기울기는 세 가지 전해액이 모두 유사했다. 이를 통해 3가 크롬염 첨가제들은 전지반응 초기에 전압감소를 유발하는 활성화 분극을 억제하여 연료전지의 출력특성을 향상시키는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 2, the amount of voltage reduction in the low current region (0 to 10 mA / cm 2 ) of the electrolyte added with trivalent chromium salt was much lower than that of the basic electrolyte. The slopes of the drop in voltage with increasing current were similar for all three electrolytes. It can be seen that the trivalent chromium salt additives improve the output characteristics of the fuel cell by suppressing the activation polarization that causes voltage reduction at the beginning of the cell reaction.

- 실험예 2: 전류-출력 특성 평가 (I-P curve)Experimental Example 2: Evaluation of Current-Output Characteristics (I-P Curve)

본 실험은 상기 제조예에서 제조된 연료전지 셀을 이용하였으며, 상기 실험예 1과 동일하게 전류밀도를 0.05 mA/s의 일정한 속도로 증가시킴에 따른 출력의 변화를 나타내었다. 출력은 상기 실험예 1에서 얻어진 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있다. 도 3은 본 발명의 전해액 조성에 따른 알루미늄-공기 연료전지의 전류-출력특성(I-P curve)을 나타낸다.In this experiment, the fuel cell manufactured in the above production example was used, and the output power was changed as the current density was increased at a constant rate of 0.05 mA / s, as in Experimental Example 1. The output can be represented by the product of the voltage and current obtained in Experimental Example 1. Figure 3 shows the current-output characteristic (I-P curve) of the aluminum-air fuel cell according to the electrolyte composition of the present invention.

도 3은 3가 크롬염 첨가제에 의한 연료전지의 출력특성 향상을 잘 보여주고 있다. 모든 전해액의 최대출력 (peak power)은 80~90mA/cm2 전류밀도에서 나타나고 있으며, 최대값은 크롬(III)옥사이드, 크롬(III)클로라이드, 기본전해액 순으로 나타났다.
3 shows the improvement of the output characteristics of the fuel cell by the trivalent chromium salt additive. The peak power of all electrolytes was shown at 80 ~ 90mA / cm 2 current density, and the maximum values were chromium (III) oxide, chromium (III) chloride, and basic electrolyte.

- 실험예 3: 방전특성 평가 (Discharge test)Experimental Example 3: Evaluation of Discharge Characteristics

본 실험은 상기 제조예에서 제조된 연료전지 셀을 이용하였으며, 50mA 전류로 2시간 방전하는 동안의 전압 변화를 나타내었다. 도 4는 본 발명의 전해액 조성에 따른 알루미늄-공기 연료전지의 방전특성을 나타낸다.In this experiment, the fuel cell manufactured in the above production example was used, and the voltage change during discharge for 2 hours at 50 mA current was shown. Figure 4 shows the discharge characteristics of the aluminum-air fuel cell according to the electrolyte composition of the present invention.

도 4는 전해액에 따른 50mA 방전실험 결과를 나타낸다. 실험결과 3가 크롬염 첨가제 전해액의 전압은 약 1.05~1.1 V의 값을 나타내고 있으며, 이는 기본전해액의 0.93~0.95 V에 비해 약 0.1 V 이상 높은 값이다. 크롬(III)옥사이드 첨가제 전해액은 크롬(III)클로라이드 첨가제 전해액에 비해 전압이 더 안정하게 유지되는 것을 확인하였다. 즉, 크롬(III)옥사이드가 크롬(III)클로라이드에 비해 안정된 전지출력을 나타내는 첨가제이다.
Figure 4 shows the results of the 50mA discharge test according to the electrolyte. Experimental results show that the voltage of the trivalent chromium salt additive electrolyte is about 1.05 to 1.1 V, which is about 0.1 V higher than 0.93 to 0.95 V of the basic electrolyte. It was confirmed that the chromium (III) oxide additive electrolyte maintained a more stable voltage than the chromium (III) chloride additive electrolyte. That is, chromium (III) oxide is an additive showing stable battery output compared to chromium (III) chloride.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (6)

알루미늄-공기 연료 전지용 전해액으로서,
상기 전해액은 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함하고,
상기 3가 크롬염이 Cr2O3인 것을 특징으로 하는,
알루미늄-공기 연료 전지용 전해액.
As electrolyte for aluminum-air fuel cells,
The electrolyte solution contains an aqueous alkali solution and trivalent chromium salt,
The trivalent chromium salt is characterized in that Cr 2 O 3 ,
Electrolyte for aluminum air fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액은 0.01M 이하의 3가 크롬염을 포함한 것을 특징으로 하는,
알루미늄-공기 연료 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The electrolyte solution, characterized in that it contains a trivalent chromium salt of 0.01M or less,
Electrolyte for aluminum air fuel cells.
삭제delete 양극; 음극; 및 전해액을 포함한 알루미늄-공기 연료 전지로서,
상기 전해액은 알칼리 수용액 및 3가 크롬염을 포함하고,
상기 3가 크롬염이 Cr2O3인 것을 특징으로 하는,
알루미늄-공기 연료 전지.
anode; cathode; And an aluminum-air fuel cell comprising an electrolyte solution,
The electrolyte solution contains an aqueous alkali solution and trivalent chromium salt,
The trivalent chromium salt is characterized in that Cr 2 O 3 ,
Aluminum-air fuel cell.
제 4 항에 있어서,
상기 전해액은 0.01M 이하의 3가 크롬염을 포함한 것을 특징으로 하는,
알루미늄-공기 연료 전지.
5. The method of claim 4,
The electrolyte solution, characterized in that it contains a trivalent chromium salt of 0.01M or less,
Aluminum-air fuel cell.
삭제delete
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