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양자교환막 연료전지의 가스유동 채널 내 2상유동에 관한 고찰

전문가 제언: ○ 양자교환막(PEM: Proton Exchange Membrane) 연료전지에서 물 관리는 연료전지 성능에서 중요한 역할 때문에 광범위하게 주목을 받았다. 축축한 가스 흐름과 전기화학적 반응으로부터 피할 수 없는 물은 연료전지의 채널 흐름에서 가스-액의 2상유동에 이르게 된다.

○ 2상유동의 출현은 PEM연료전지의 물 관리에서 복잡성을 증가시키며, 이는 이 기술의 상용화에 도전적인 장애물로 남는다. 이것은 가스와 함께 입구로부터 시작하는 물-가스의 전통적인 2상유동과는 달리, 가스 확산층으로부터 유일한 물의 발생이 다른 가스-액의 유동거동, 압력저하, 유동형태, 그리고 연료전지 운전에 이르게 된다.

○ 이 고찰은 PEM연료전지의 응용에 관련된 마이크로 채널 혹은 미니채널에서 가스-액 2상유동의 중요성을 강조한다. 현지 내(in situ) 및 현지외(ex situ) 실험 장치가 가시화를 위하여 사용되었고, 유동 영역, 유동 불균형 분배와 압력저하 계측에서 2상유동을 정량화하였다. 연구는 PEM연료전지에 대한 보다 타당한 결과를 얻기 위하여 계속되어야 한다. 수치해석 시뮬레이션은 크게 발전하였지만, 운전되고 있는 연료전지에 의해 발견된 길이 규모에 대한 적절한 상태는 아직 실현되지 못하고 있다.

○ 이 분야의 국내의 연구로는 “고분자 전해질형 단위 연료전의 작동조건(2006), ”PEM 연료전지 및 하이브리드 발전시스템의 성능 해석(2006)“, ”PEM형 연료전지 공기극 분리판에서 전압분포(2008)“, ”고분자 연료전지 시스템에서 질소 크로스오버 특성(2009)“, ”고분자 연료전지 시스템에서 산소 크로스오버 특성(2009)“, ”고분자 전해질 연료전지 유로의 수분 배출(2009)“ 등이 있다.

○ 저자는 PEM 연료전지의 유동가시화, 2상유동, CFD 시뮬레이션, 물 이동 전략 등을 광범위하게 다루고 있는 바, 국내의 연구와 큰 차이를 볼 수 있다. 이 분야 국내 전문가들에게 좋은 연구자료가 될 것이다.

저자: Ryan Anderson, Lifeng Zhang, Yulong Ding, Mauricio Blanco, Xiaotao Bi, David P. Wilkinson
자료유형: 학술정보