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PEMFCs의 물의 영상

전문가 제언: ○ PEMFCs의 대형 상업화는 저가화와 내구성의 증가 및 셀 성능의 최적화이다. PEMFC의 성능은 오스모시스 현상과 산화반응에 의하여 생성된 물이 중요하다. 캐소드 물의 생성은 캐소드에서 애노드로의 확산, 증발, 수증기 확산 및 GDL을 통한 모세현상 등으로 물이 소멸되는 속도를 초과하면 플러딩이 일어난다.

○ 캐소드의 플러딩은 반응사이트로 산소의 이동을 방해하고 촉매의 표면을 막아서 때로는 심각한 셀 성능열화를 가져온다. PEMFCs의 물의 이동과 관리는 셀의 구조와 그들의 성질 및 운전 조건, 반응물의 가습도, 유체장의 레이아웃 및 GDM/MPL의 구조와 습윤특성이 중요하다.

○ 양자전도막의 이온전도는 가습도에 크게 의존하여 높은 이온전도도는 최대 가습도에서 온다. 물의 제거속도가 생성속도를 초과하면 막의 탈수가 일어나서 셀 내부의 옴손실로 인한 성능열화를 초래한다. 따라서 물의 생성과 제거를 적절하게 균형을 유지하는 것이 PEMFCs의 성능을 최적화하는 데 필수적이다.

○ 셀의 물의 제거는 적절한 스택 디자인으로 캐소드에 축적된 물은 추가적인 부하 없이 막과 애노드에 걸친 압력차와 연료스트림에서 제거된다. 애노드의 물의 제거는 애노드와 캐소드 사이의 상이한 가스압을 생성하여 이룰 수도 있다.

○ 이 보고서는 PEMFC 내의 물의 거동이 중요하여 이를 가시화하고자 하는 연구이다. 셀 내에 생성된 물은 적절한 평형을 이루어 물 흐르듯 흘러가는 것이 이상적이다. 그러나 셀 내부의 물리 화학적 반응은 복잡하다. 이를 가시적 영상기법으로 내부 현상을 파악코자 하는 것이다.

○ NMR과 X선단층촬영 등 셀 내의 영상을 가시화하는 우수한 심층분석기가 여러 가지 소개된다. 특히 연료전지가 운전 중일 때 물의 이동현상을 볼 수 있다. 그러나 각 기기마다 강약점이 있어 이를 서로 상호 보완적으로 결합 이용기법의 개발이 필요하다. 또한 순간/공간해석기법이 더 향상되어야 할 부분이다.

저자: A. Bazylak
자료유형: 학술정보