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수소극 Dead-End 모드 고분자 전해질 연료전지의 실험적 연구
Experimental Study of Performance of PEMFC Operated in Dead-End Mode 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.34 no.6 = no.297, 2010년, pp.643 - 648  

지상훈 (서울대학교 지능형융합시스템학과) ,  황용신 (서울대학교 기계항공공학부) ,  최종원 (서울대학교 기계항공공학부) ,  이대영 (한국과학기술연구원 에너지메카닉스센터) ,  박준호 (서울대학교 기계항공공학부) ,  장재혁 (삼성전기 중앙연구소) ,  김민수 (서울대학교 기계항공공학부) ,  차석원 (서울대학교 기계항공공학부)

초록
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출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전은 연료이용률이 높고, 부가장치 소모동력이 작기 때문에 소형연료전지 분야에 널리 적용되고 있다. 하지만 수증기나 질소 등과 같은 불순물의 축적으로 인해 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 성능 저하의 요인 중 수분 축적의 영향을 알아보기 위해 부하 방식에 따른 거동, 퍼징 전후 분극 성능, 수분 축적 분포, 공기극 상대습도에 따른 성능을 알아보았다. 본 실험에 적용된 운전 조건에서의 성능 거동은 정전압 부하(0.4V)보다 정전류밀도 ($600mA/cm^2$)부하에서 보다 안정적으로 나타났다. 가시화 창을 통해 수소극에 축적된 대부분의 수분은 출구부에 가까운 부분에 분포함을 알 수 있었다. 또한 공기극 상대습도(0.15, 0.4, 0.75 RH)가 높아질수록 성능 유지 시간은 감소한 반면 성능 감소율은 증가하였다. 특히, 상대습도 0.15에서의 성능 기준으로 평균출력밀도는 51% 증가하였고, 평균성능유지시간은 25% 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Portable fuel cells are commonly operated in the dead-end mode because of such as high fuel utilization. However, the performance of such systems deteriorates continuously with an increase in the amount of by-products such as water vapor and nitrogen. In this study, to verify the effect of water vap...

주제어

#고분자 전해질 연료전지   #데드앤드   #수소극   #공기극   #퍼징  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 dead-end 모드 운전 시 수분 축적의 영향을 퍼징 전후 분극 성능, 수소극 가시화, 부하 방식에 따른 성능 거동을 통해 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전의 단점은? 출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전은 연료이용률이 높고, 부가장치 소모동력이 작기 때문에 소형연료전지 분야에 널리 적용되고 있다. 하지만 수증기나 질소 등과 같은 불순물의 축적으로 인해 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 성능 저하의 요인 중 수분 축적의 영향을 알아보기 위해 부하 방식에 따른 거동, 퍼징 전후 분극 성능, 수분 축적 분포, 공기극 상대습도에 따른 성능을 알아보았다.
출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전의 특징은? 출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전은 연료이용률이 높고, 부가장치 소모동력이 작기 때문에 소형연료전지 분야에 널리 적용되고 있다. 하지만 수증기나 질소 등과 같은 불순물의 축적으로 인해 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다.
고분자 전해질 연료전지의 특징은? 이들 중 고효율이며 친환경적 특성을 모두 갖춘 수소연료전지 분야는 다양한 곳에 적용이 가능한 기술로써 현재의 화석에너지 체계를 대신할 만한 유력한 후보로 여겨지고 있다. 이들 중 작동 온도가 상온에 가깝고, 시동 시간이 짧은 고분자 전해질 연료전지는 자동차와 같은 이동 기기의 동력원으로 각광 받고 있다.(1) 하지만 연료전지 시스템을 이동 기기에 탑재하기 위해선 별도의 연료 저장 장치를 싣고 다녀야 하는 단점이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Donitz, W., 1998, "Fuel Cells for Mobile Applications, Status, Requirements and Future Application Potential," International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 23, No. 7, pp 611-615. 

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  2. Barbir, F., 2005, PEM fuel cells: Theory and practice, Elsevier Academic Press, New York 

  3. Larminie, J. and Dicks, A., 2002, Fuel Cell Systems Explained, Wiley, Chichester 

  4. Cacciola, G., Antonucci, V., Freni, S., 2001, "Technology up Date and New Strategies on Fuel Cells," Journal of Power Sources, Vol. 100, pp 67-79. 

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  5. Dumercy, L., Pera, M. C., Glises, R., Hissel, D., Hamandi, S., Badin, F., Kauffmann, J. M., 2004, "PEFC Stack Operating in Anodic Dead End Mode," Fuel Cells, Vol. 4, No. 4, pp 352-357. 

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  6. Himanen, O., Hottinen, T., Tuurala, S., 2007, "Operation of a Planar Free-Breathing PEMFC in Dead-End Mode," Electrochemistry Communications, Vol. 9, pp 891-894. 

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  7. Spernjak, D., Prasad, A. K., Advani, S. G., 2007, "Experimental Investigation of Liquid Water Formation and Transport in a Transparent Single- Serpentine PEM Fuel Cell," Journal of Power Sources, Vol. 170, pp 334-344. 

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  8. Kim. H. I., Nam. J. H., Shin. D. H., Chung. T. Y. and Kim. Y. G., 2009, "Experimental and Numerical Assessment of Liquid Water Exhaust Performance of Flow Channels in PEM Fuel Cells," Trans. of the KSME(B), Vol. 33, No. 2, pp. 85-92 

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  9. Ge, S., Wang, C. Y., 2004, "Liquid Water Formation and Transport in the PEFC Anode," Journal of the Electrochemical Society, Vol. 154, No. 10, pp B998-B1005. 

  10. Siegel, J. B., McKay, D. A., Stefanopoulou, A. G., Hussey, D. S., Jacobson, D. L., 2008, "Measurement of Liquid Water Accumulation in a PEMFC with Dead-Ended Anode ," Journal of the Electrochemical Society, Vol. 155, No. 11, pp 1168-1178. 

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  11. O'Hayre, R., Cha, S. W., Colella, W., Prinz, F. B., 2005, "Fuel Cell Fundamentals," Wiley, New York 

  12. Lim, C and Wang, C. Y., 2004, "Effects of Hydrophobic Polymer Content in GDL on Power," Electrochimica Acta, Vol. 49, pp 4149-4156. 

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  13. Kim. H. S. and Min. K. D., 2006, "Effect of Main Operating Conditions on Cathode Flooding Characteristics in a PEM Unit Fuel Cell," Trans. of the KSME(B), Vol. 30, No. 5, pp. 489-495. 

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