Membraneless micro-fuel cell의 기하학적인 연구

Abstract

Membraneless micro-fuel cell에서 혼합과 고갈 영역의 폭은 전지 성능을 향상시키기 위한 큰 이슈이다. 이 두가지 영역은 심각한 문제들을 일으킨다. 큰 폭/높이비를 가지는 기존의 사각형 모양 채널은 혼합영역을 줄일수 있지만 전극의 면적을 감소시킨다. 이런 문제들을 해결하는 한가지 방법은 기존의 큰 폭/높이비를 가지는 사각형 모양 채널에서 혼합이 일어나는 부분의 폭/높이비는 크게 유지하면서 anode와 cathode 채널의 크기를 늘리는 방법이다. 이 경우 혼합은 작은 통로안에 제한되고 늘어난 전극면적으로 인해 연료 이용률을 증가시킬수 있다. 이러한 H모양의 단면에 대해, 연료 이용률은 10% 증가시킬수 있다. 더하여, 3개의 유체를 사용하는 채널 모양은 연료와 산화제의 직접적인 혼합을 막는다. anode와 cathode 사이는, 양성자 전도 유체 채널이 존재하는데, 이 유체는 작은 통로들에서 연료 및 산화제와 각각 섞이게 되어 연료와 산화제의 직접적인 혼합을 방지할수 있다. 이러한 단면 모양을 사용하여 연료의 이용률은 연료투입속도가 0.01m/s이고 전극을 양 옆의 벽에 놨을때 50%까지 얻을수 있다. 게다가, 전극을 위와 아래 벽에 놓을 경우 연료 이용률은 대략 85%까지 증가시킬수 있는데, 이는 기존의 사각형 모양 채널에 비해 월등히 높은 것이다.