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연료전지의 열유체 모델링

전문가 제언: ○ 연료전지는 1세기 동안 연구되었으나 최근에는 전원의 고효율과 저방출의 연구가 강화되고 있으며, 유체채널 연구영역의 주제들은 비원형 구조의 유체, 채널에서 2상 유체의 표면에너지의 효과, 표면성질 변화에 따른 비원형 채널의 액상분포 및 채널의 2상 유체와 관련된 새로운 진단방식 등이다.

○ 연료전지의 열유체는 채널을 흐르는 기-액의 몰수의 변화와 다공질 벽을 통한 질량교환 등으로 복잡한 현상이다. 또한 채널의 이송을 충분히 이해하기 위해서는 전기화학, 확산과 대류에 의한 열/물질전달 및 2상 유체기구도 고려해야 한다.

○ 연료전지의 설계에서 가장 중요한 고려사항은 음극에서 산소환원으로 물이 되는 것이며, 복잡한 설계 중에서 디바이스 내의 물관리가 중요하다. 양자 이동을 위해서는 가습이 필요하며 성능이 증대되지만 과잉이 아닌 충분한 수준의 습도를 요한다. 그런데 대부분의 경우 물의 축적에 의한 현상으로 화학양론에서 벗어나고 기지의 압력과 온도를 고려하여 유체장 채널의 가스 상 속도구배를 계산할 수 있다.

○ 환상이나 분산액적 유체는 장점이 있으나 자동차 적용에는 아이들링(idling) 조건에서 최대 가속파워가 필요하고, 유체채널의 설계에는 가스반응물의 채널 내의 고갈을 고려해야 한다. 공기가 음극에 도입되는 경우는 수소 측의 과잉 투입을 고려할 수 없기 때문에 과량이 투입되어야 하는 등, 양, 음극의 반응물의 2상 유체의 입출구의 변화에 대한고려를 유체채널의 설계에 도입해야 한다.

○ 이글은 PEMFCs와 MOFCs의 기술개발 진행이 보다 상업화에 접근이 용이하리라 보면서 이의 집중 기술이 이루어졌다. 아직 다수의 연구자들이 촉매나 전해질 등의 재료개발에 몰두하고 있는 상황에서 전산기법을 응용한 복잡한 물리화학적 현상을 규명하는 노력은 평가할만하다. 이들의 성능 곡선에서 본문의 3개 손실의 고려는 물론이고 GDL의 중요성을 강조하면서 Rolls-Royce가 제안한 IP-SOFC가 흥미를 끈다.

저자: John B. Young
자료유형: 학술정보