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PEMFC의 미니채널

전문가 제언: ○ 이 글은 1mm 직경 정도의 미니채널을 통하여 수소와 산소를 PEMFC의 양극과 음극에 도입할 때, 압력강하와 전압손실을 최소화하기 위하여 연료전지 전체의 물의 균형을 유지하는 것이 중요하다. 따라서 이들 2상 유체와 유체의 특성을 고려한 미니채널의 설계기법과 진단 도구에 대한 기술이다.

○ PEMFC는 양극(anode)에서 수소가 산화되면서 생성된 수소이온(proton)이 고분자 막을 통해 산소의 환원이 일어나는 음극(cathode) 쪽으로 전달되는 반응을 통해 전기를 생산한다. 하지만 양성자 단독으로 고분자 막을 통과하지 못하기 때문에 양성자는 물분자 몇 개와 함께 이동한다.

○ 따라서 고분자 막에 수분이 부족하면 양자의 전달이 제대로 이루어지지 않아 전지효율 저하를 초래하게 된다. 물분자가 양자의 고분자 막 통과에 중요한 역할을 하는 것은 분명하다. 하지만 물분자의 역할과 양자 전달이 이루어지는 메커니즘에 대해선 자세히 알려져 있지 않다.

○ 이의 규명을 위하여, 고전역학적 모델링기법과 양자역학적 모델링기법이 동원되어 확인한 일부는 물이 충분히 첨가되면 전해질 막의 술폰산기 등이 이온화가 일어나면서 양성자 전달이 일어난다. 이때 필요한 물의 양은 술폰산기가 달려 있는 곁가지 사이의 거리에 의해 결정된다.

- 또한 선형 고분자 골격 구조를 통한 전도현상은 인접한 술폰산기 사이의 거리에 영향을 받기 때문에 인접한 술폰산기 사이의 거리를 크게 변화시킬 수 있는 선형 고분자 골격 구조의 자발적 변형(spontaneous distortion)에 의해서도 전도도가 크게 변한다는 보고가 있다.

- 따라서 이러한 양자의 전도기구에 대한 학술적 규명과 함께 물의 균형을 어떻게 유지하는가와 유체채널의 구조와 형태 등이 기타의 역학적 요소와 결합되어 복잡성을 띠는데, 많은 시행착오와 함께 추가적 연구가 필요하리라 본다.

저자: T. A. Trabold
자료유형: 학술정보