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초록
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고분자전해질 연료전지의 성능은 cell 온도, 전체 압력, 반응 기체의 부분 압력 상대습도와 같은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는다. 이온화된 수소 이온$H_3O^+$의 형태로 membrane을 통과하여 물을 생성하는 반응으로 전기를 발생시킨다. 대용량 연료전지에서는 부수적으로 생성되는 열을 제거하거나 다른 용도로 사용할 목적으로 냉각시스템이 필요하다. 냉각수의 전도도가 상승할 경우에 연료전지에서 발생된 전류의 일부가 냉각수를 통하여 누설되어 연료전지의 성능을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 3차 증류수와 ethylene glycol이 함유되어 있는 부동액을 사용하여 저항 수치 변화를 관찰하는 실험을 수행하였다. 3차 증류수의 경우 저항값이 설정치 이하로 내려가는데 약 28일이 소요되었고, 연료전지의 운전에 의한 영향은 관찰되지 않았다. 부동액을 냉각수로 사용한 경우는 43일이 지나도 저항값이 설정치 이하로 내려가지는 않았지만, stack 분리판의 접착부에 이상이 생긴 것으로 추정되는 연료전지의 성능 저하가 발생하여 전도도 실험을 중단하였다. 고분자전해질 연료전지에서는 수소이온의 이온전도성 저하를 방지하기 위하여 외부에서 가습하여 주는 방식이 일반적이지만, 소용량 연료전지에서는 무가습 조건을 적용하여 연료전지의 효율을 높이고 제작단가도 경감할 수 있다. 이를 위하여 저가습 및 무가습 실험을 수행하였으나 대용량 연료전지에서는 양측 무가습인 경우에 $50{\sim}60^{\circ}C$ 이상의 고온에서 성능이 발현되기 어려운 것으로 관찰되었다. 냉각수의 유량을 다르게 하여 실험을 수행한 경우에는 0.78L/min과 같은 낮은 유량에서 출구온도와 입구온도를 측정하여 본 결과 두 온도 사이에 ${\Delta}T$가 다른 유량에서보다 크게 발생하여 성능이 감소된 것으로 사료된다. 이와 같이 냉각수의 온도와 유량을 다르게 하여 양측 무가습 실험을 수행한 결과, 연료전지의 성능이 cell 온도에 직접적인 연관이 있는 것으로 관찰되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) performance could be affected by various factors such as cell temperature, total pressure, partial pressure of reactants and relative humidity. Hydrogen ion is combined with water to form hydronium ion [$H_3O^+$] and pass through membrane resultin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 수조의 온도를 8CFC로 설정할 경우에 냉각수의 온도는 약 30분 후에 설정값에 도달하게 된다. 본 연구에서는 냉각수의 온도가 설정치에 도달하는 과정에서 0.5초당 온도를 측정하여 냉각수의 유량과 온도가 연료전지에 미치는 영향을 관찰하는 실험을 수행하였다.
  • 이와 같이 고분자전해질 연료전지에 대한 연구는 높은 상대습도 조건에서 수행된 것이 많았지만 일부에서는 외부 가습이 없는 운전에 대한 모델링, 2-6)건조한 반응 기체의 양론비 영향, 以7) 온도의 영향, "-m sell-humidifying polymer electrolyte membrane10, 11* 등의 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 효율적인 연료전지 운전을 목적으로 외부 가습이 없는 경우에 3차 증류수와 ethylene glycol이 함유되어 있는 부동액을 사용하여 저항 수치 변화, 온도에 따른 성능 변화, 냉각수 유량에 따른 성능 변화 실험을 수행하였고 이와 같은 실험을 통하여 새로운 냉각수가 연료전지에 미치는 영향을 관찰하였다.
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참고문헌 (11)

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  11. T. H. Yang, Y. G. Yoon, C. S. Kim, S. H. Kwak, and K. H. Yoon, 'A novel preparation method for a self-humidifying polymer electrolyte membrane', J. Power Sources, 106, 328 (2002) 

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