고주파 임피던스의 변동을 통한 고분자 전해질막 연료전지의 물 범람 진단

국문 초록 (Abstract)

Proton Exchange Fuel Cells (PEMFCs)의 Flooding 을 진단할 수 있는 일반적인 In-situ 방법으로 Low-frequency Resistance (LFR)의 변동이 널리 사용되고 있다. 하지만 느린 주사속도의 한계점을 가진 LFR 은 Flooding 상태 진단에 있어서 즉각적으로 반응하지 않고, 동일 시간 기준 얻을 수 있는 데이터가 적기 때문에 신뢰성을 확보하기 쉽지 않다. 본 연구에서는 고 주사속도의 High-frequency Resistance (HRF)의 변동을 통한 PEMFC 의 Flooding 상태 진단법을 제안한다. PEMFC 에 3, 6, 9, 그리고 12 A 의 전류가 각각 20 분 동안 인가되었으며, 모든 전류밀도 영역에서 전압이 급감하는 Flooding 발생시 LFR, HFR, 그리고 공기극 Flow Channel 의 차압이 변동하였다. 높은 주사 속도의 HFR 로 임피던스 분광 시 다수의 데이터가 변동하는 경향성을 바탕으로 Flooding 진단에 있어 LFR 에 비해 높은 신뢰성을 확보하였다. 또한 Flooding 상태에서 수 초 지연되는 LFR 에 비해 HFR 은 즉각적으로 반응하기 때문에 실시간으로 연료전지의 상태를 파악할 수 있었다. 결과적으로 모든 전류 밀도 영역과 변동 부하에서 Flooding 진단이 가능한 이점을 통해 PEMFCs 를 탑재한 다양한 응용 장치에서 즉각적이고 신뢰성 높은 Flooding 진단이 이루어질 것이라 기대된다.