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수소이온교환 분리막 연료전지 스택 냉각기술

전문가 제언: ○ 수소이온교환 분리막 연료전지(PEMFC)가 비록 높은 에너지 변환효율을 가지고 있지만 아직도 많은 열이 발생하는 바, 분리막의 손상을 피하기 위해 이를 효과적으로 제거해야 한다. 특히 고 출력 및 고 전력밀도가 요구되는 60-80℃에서 작동하는 자동차 용 PEMFC 스택의 설계는 매우 도전적인 과제로 보인다.

○ 이를 해결하기 위한 큰 개발 방향은 효과적인 냉각 방식의 개발 및 100℃이상에서 작동할 수 있는 분리막의 개발로 나누어 생각할 수 있는데, 고온 PEMFC 용 분리막의 개발은 아직도 프로토 타입 개발 단계에 머물러 있고 냉각 방식도 개선의 여지가 많이 남아 있는 것으로 보인다.

○ 효과적인 냉각 방식의 개발을 위해서 소재 및 부품 측면에서는 PEMFC 부품들의 작동 시의 열적 성질 및 열 전달 특성에 대한 근본적인 이해, 저비용으로 극성판에 통합할 수 있는 고 열전도성 소재 및 열 파이프의 개발, 장기사용 시에 안정한 저점도 냉매 개발, 그리고 상변화 냉각에 적합한 작동 매체의 개발 등이 추가적으로 필요한 것으로 보이며,

○ 설계적인 측면에서는 PEMFC 내에서의 국부적인 전류밀도, 온도 및 물 함량의 바람직한 분포 특성을 저 비용으로 개선된 효율로 얻기 위한 냉매 및 반응가스 흐름 형상의 최적화 및 피크 열 방출 부하를 완화하기 위한 냉각시스템의 최적화를 통한 자동차용 방열기의 열 전달 효율 개선 등이 추가적으로 필요한 것으로 생각된다.

○ 이밖에도, 매우 역동적인 부하 변동이 일어나는 자동차 용 PEMFC 스택의 적절한 제어 알고리즘을 개발하기 위해서는 작동개시, 작동차단, 그리고 결빙-해빙 사이클링과 같은 전이적 열 전달 문제들의 정확한 모델화가 필요하다고 본다.

저자: Guangsheng Zhang, Satish G. Kandlikar
자료유형: 학술정보