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제안 방법
- 2) 세그먼트 셀을 이용하여 분리판에서의 위치에 따른 셀 성능과 임피던스 저항 측정을 통해 위치별 특성 차이를 좀 더 확실히 확인하였다. 분석 결과 전류밀도 분포 측정 결과와 동일하게 수소 입구 근처에서의 성능이 낮게 측정되었으며, 이것의 주요 원인은 위치별로 촉매의 이온 전달 저항 차이인 것으로 확인 되었다.
- 두 가지 분석 방법을 각각 운전 되지 않은 MEA와 차량 운전 후 MEA에 대해 전류 밀도 분포 측정기를 이용 위치별 전류 밀도 특성과 세그먼트 셀을 이용하여 위치별 전압 및 내부 저항의 특성을 파악하였다.
- 본 연구에서는 세그먼트 분리판을 수소 측 공기 측 각각 8개로 나누었으며, 각 세그먼트 분리판 마다 독립적인 전류 인가를 위한 단자를 형성하였다. 총 8개의 전자부하를 이용하여 동일한 실험 조건에서 동시에 8개의 세그먼트 분리판에 대해 독립평가 분석하였다.
- 본 연구에서는 이러한 특성 파악을 위해서 in-situ 분석 방법으로 전류밀도 분포 측정 장치와 세그먼트 셀 치구를 적용 하였다. 전류밀도 분포 측정 장치는 단 셀 평가 장치에 측정기를 삽입하여 단 셀 평가 중 위치에 따른 전류밀도 분포를 측정하였으며, 세그먼트 셀은 분리판을 인위적으로 원하는 갯수 만큼 나누어 각 세그먼트에 대하여 성능 및 특성 평가를 진행하였다.
- 앞서 설명한 세그먼트 치구를 이용하여 대면적분리판에서의 위치별 성능 및 특성 평가를 진행했다. 성능 평가 결과 전류밀도 분포 측정 장치에서와 마찬가지로 각 세그먼트 별로 성능 및 특성에 있어 차이를 보였다.
- 이러한 성능 및 특성의 차이가 MEA 손상에 미치는 영향을 또 다른 장기 운전 MEA에 대하여 세그먼트 셀 결과를 이용하여 확인 하였다. 먼저 OCV의 경우 정상적인 MEA의 경우 거의 비슷한 값을 보이지만 장기 운전 된 MEA에서는 Fig.
- 그 이유는 가스 유로를 따라 가스의 농도 분포가 다르기 때문이다. 이러한 전류량 차이를 확인하기 위해서 Fig. 1과 같은 전류밀도 분포 측정 장치를 일반적인 성능 평가용 스택에 삽입하여 셀을 제작하였다.
- 셀 치구를 적용 하였다. 전류밀도 분포 측정 장치는 단 셀 평가 장치에 측정기를 삽입하여 단 셀 평가 중 위치에 따른 전류밀도 분포를 측정하였으며, 세그먼트 셀은 분리판을 인위적으로 원하는 갯수 만큼 나누어 각 세그먼트에 대하여 성능 및 특성 평가를 진행하였다.
- 전류밀도 분포 측정 장치를 이용하여 장기 운전 후 셀에 대하여 분리판 내에서 반응 가스 이동의 위치에 따른 특성 분석을 실시하였다.
- 독립적인 전류 인가를 위한 단자를 형성하였다. 총 8개의 전자부하를 이용하여 동일한 실험 조건에서 동시에 8개의 세그먼트 분리판에 대해 독립평가 분석하였다.
대상 데이터
- 막-전극 접합체 (MEA)와 GDL은 상용 제품이 사용되었으며, 단 셀로 제작 되어 평가 및 분석을 진행하였다. 운전 조건의 경우 상대 습도는 수소, 공기 모두 100% 가습 조건, 운전 온도는 65°C에서 진행하였다.
이론/모형
- 전류밀도 분포 측정 장치와 세그먼트 셀을 이용하여 대면적 분리판에서 반응 가스의 이동 위치에 따른 성능 및 특성을 In-situ 방법으로 파악하였다. 두 가지 방법을 통해 분석한 결과 다음과 같은 성과를 얻을 수 있었다.
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