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고분자 전해질막 연료 전지에서 분리판 제거와 상대습도에 따른 성능 변화 연구
차현진(H. J. Cha),김재연(J. Kim),권오빈(O. Kwon),최희수(H. S. Choi),유홍녕(H. N. Yoo),김혜옥(H. O. Kim),정석훈(S. H. Jeong),박태현(T. H. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
고분자 전해질막 연료 전지(PEMFCs)는 다른 연료 전지에 비해 낮은 작동 온도, 높은 전류 및 전력 밀도, 짧은 시동 시간으로 인해 운송 및 발전에 광범위하게 사용될 수 있다. 분리판은 반응 가스를 공급하고 생성된 물을 제거하는 연료 전지 스택의 중요한 구성 요소이다. 또한 스택 전체 가격의 20%를 차지하기 때문에 원가 절감을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화극과 환원극의 분리판을 각각 제거하여 상대 습도에 따른 성능 변화를 기준 셀과 비교했다. 각각의 경우에 분극곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 측정하였고, 연료전지의 활성화, 저항, 농도 손실로 성능 경향을 분석하였다. 그 결과, 환원극 분리판을 제거하면 100% 가습 조건에서 기준 셀보다 50% 이상 성능이 향상됐다. 또한, 기존의 PEMFC 에서는 가습이 환원극에 미치는 영향이 우세하였으나 환원극 분리판을 제거하면 반대로 산화극의 가습이 더 중요하게 된다. 이는 환원극 분리판 제거 시 공기의 가습이 중요하지 않게 됨과 함께 원가 절감에 대한 장점이 있다. 반대로 산화극 분리판을 제거했을 경우 기존 PEMFC 성능의 약 20% 미만으로 증가하였고, 가습의 경향성이 동일했다. 이를 통해 환원극 분리판을 제거하는 것이 산화극 분리판을 제거하는 것 보다 성능 증가의 큰 영향을 주었고, 공기 가습의 영향이 줄어드는 것을 확인했다.
Evaluation of Performance in a Low Humidity Environment Using Ultra-fine Gaps in Carbon Nanotube
S. H. Jeong(정석훈),O. Kwon(권오빈),J. Kim(김재연),H. S. Choi(최희수),H. J. Cha(차현진),H. N. Yoo(유홍녕),H. O. Kim(김혜옥),T. H. Park(박태현) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
To efficient fuel cell operation, reactants are spread to the catalyst layer in the order of bipolar plates, gas diffusion backing layer (GDBL), and micro porous layer (MPL). When reactants move from GDBL to MPL, the gap is decreased. This narrower gap allows uniform diffusion. In this study, an additional layer is fabricated having gaps smaller than MPL. The advantages are observed that of making reactants more uniformed. This layer is made using carbon nanotube (CNT). Also, this layer will maximize the diffusion of the gap of the 2 nm tube and will help wet of the membrane by hindering the movement of water due to the fine layer. The presence or absence of CNT layers was compared to determine diffusion characteristics, and each experiment was performed with 30, 65, and 100% RH to compare the performance at low humidity in the experiment. The electrochemical performance of various samples were evaluated through polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis.