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PEMFC의 온도분포

전문가 제언
○ PEMFC는 저온에서 작동하고 신속하게 시동/정지할 수 있어 자동차용이나 가정용 등 소형 분산형 전원으로 연구 개발되고 있다. PEMFC는 고체고분자 전해질막(PEM)을 촉매층과 가스 확산층(GDL)이 싸고 있으며 이를 리브로 지지하는 가운데 수소 극(애노드)과 산소 극(캐소드)으로 가스 채널을 통하여 수소와 산소가 각각 공급되어 전기화학 반응으로 발전한다.

○ 전해질 막은 고 습윤 상태로 양호한 프로톤 전도성을 가져 수분제어가 중요하기 때문에 Nafion막이 주로 쓰인다. 이는 주쇄가 소수성이며 술폰산기의 친수성도 갖는데, 이 친수성 클러스터 내에 수분을 유지, 그 가운데를 프로톤이 이동하는 기구로 알려져 있다.

○ PEMFC의 운전 시 전해질 막의 건조를 방지하기 위하여 공급 가스를 가습한다. 또한 산소 극은 반응으로 물이 생성되는데 이것이 플러딩 현상에 의하여 가스 경로에 응축, 반응가스의 유통을 방해하는 현상을 일으킨다. 한편 발전량이 증가하면 발열량도 증가하면서 연료전지 내부의 온도가 상승, 전해질막이 건조해지는 드라이아웃 현상도 또한 일어난다. 따라서 이런 문제를 해결하기 위해 수분제어기술 확립이 중요하다.

○ PEMFC 내의 수분제어에서 가장 기초적이고 중요한 것이 막 두께(through~plane) 방향의 수분수송이다. 따라서 이상적인 수분제어는 산소 극 촉매 층에 생성된 물을 필요량만큼 전해질로 보내고 나머지 물은 다공질 내로 수송하여 셀 외부로 배출하는 것이다. 이렇듯 막 두께 방향 수분수송은 MEA를 통과하는 것인데, MEA는 막과 촉매를 포함하는 GDL로 구성, 전지 전체의 수분제어기술의 구축이 필요하다.

○ 이글은 PEMFC 시스템 내에서 일어나는 물 이동과 상변화에 의한 엔트로피 변화에서 오는 열 균형에 초점을 맞춰 열전도 현상을 규명하고 있다. 전지의 내부와 끝장의 온도 차이가 조건에 따라 주는 차이를 제시하고 이온도가 구성품의 열화에 주는 영향을 가늠하게 한다. 우리의 연구도 시스템의 범위를 벗어나서 보다 심도 깊은 탐색이 필요한 상황이라고 여겨지는 부분이다.
저자
J.G. Pharoaha, O.S. Burheim
자료유형
학술정보
원문언어
영어
기업산업분류
화학·화공
연도
2010
권(호)
195
잡지명
Journal of Power Sources
과학기술
표준분류
화학·화공
페이지
5235~5245
분석자
손*목
분석물
담당부서 담당자 연락처
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