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PEMFCs의 침수

전문가 제언: ○ PEMFCs에서 GDL(가스확산층), CCL(음극촉매층) 및 반응물의 유체장에서의 침수(water flooding)는 PEMFCs를 상업화하는 데 가장 중요하게 해결해야 할 기술적인 장애이다. 이들 구조 내에서 산소환원반응(ORR) 등으로 생성된 물은 증발이나 모세관 이동 등의 현상으로 촉매층→GDL→유체장의 채널로 이동하여 밖으로 배출되어야 한다. 이러한 순기능이 원활치 못하여 음극에 물이 응축되면 GDL과 CCL의 다공층과 반응 활성 사이트를 덮어 씌워서 산소의 음극 진입을 차단한다.

○ PEMFC에서 물 관리는 서로 상충되는 2가지의 현상에서 균형을 이루는 것이 중요한데, 막의 탈수를 막기 위한 적절 수준의 가습조건을 유지하는 것과 과잉의 물의 축적에서 오는 침수를 방지해야 하는 것이다. 침수현상은 불규칙적으로 일어나서 가스 유체 경로를 일시적으로 막으면서 국부적인 압력이 갑자기 형성되어 쌓인 물을 토해 내는데 이는 셀 전압의 불규칙성으로 성능에 대한 안정과 신뢰성을 파괴한다.

○ 침수에 영향을 끼치는 요인들은 많이 있는데, GDL과 CCL 및 유체장의 기능이 중요하다. GDL은 반응가스의 투과성과 물의 배출성 및 전기전도도를 제공하는 등의 기능으로 물에 대한 소수성의 약품처리와 생성물의 좋은 배출을 위한 MPL(마이크로다공층)을 도입하는 방안 등이 있다. 다음의 CCL은 Pt의 로딩저감의 재료문제, 투과성과 다공성을 갖는 전기/이온전도도 등이 요구된다. 유체장은 유체역학적 물질이동의 견지에서 크기와 유체의 양을 고려한 채널의 디자인이 중요하다. 그 중 선호되는 것으로 서펀틴 구조가 약점을 보완하며 개발되고 있다.

○ 이러한 PEMFCs의 침수장애의 해결책으로는 음극 유체장에 특수한 친수성 심지를 설치하여 물을 빨아내는 아이디어와 쌍극판을 물이동판(WTP)으로 한 아이디어로 과잉의 물을 가스와 냉각 유체장 사이의 압력차를 이용하여 심지를 따라 들어가게 하는 UTC의 발표가 있다. 또한 CCL에 관한 것은 4상 메트릭스 구조로 CCL의 침수효과를 줄이기 위하여 CCL로 들고 나는 최적가스와 물의 이동경로를 개발한 Kansas대의 아이디어가 흥미롭다.

저자: Hui Li, Yanghua Tang, Zhenwei Wang, Zheng Shi, Shaohong Wu, Datong Song, Jianlu Zhang, Khalid Fatih, Jiujun Zhang, Haijiang Wang, Zhongsheng Liu, Rami Abouatallah, Antonio Mazza
자료유형: 학술정보

원문언어: 영어
기업산업분류: 화학·화공