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문제 정의
- 본 연구에서는 고분자 전해질 막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)의 서펜타인(serpentine) 타입의 유료형상 변화에 따른 성능을 연구하였다. CFD 기법을 이용한 3차원 해석을 진행하였으며, 본 연구에서는 분리판 내 유로의 폭과 깊이 그리고 립 폭의 변화가 PEMFC의 성능에 끼치는 영향을 분석하고자 하였다. 이들을 본 연구에서는 여러 가지 유로 구조 중에서 Fig. 2(a)에 보인 서펜타인(serpentine)타입의 유로를 갖는 PEMFC의 성능을 CFD를이용하여 해석하고자 하였다. 연료전지의 구성은 음극(anode), 양극(cathode), 전해질(electrolyte), 가스확산층(gas diffusion layer), 그리고 연료와 공기가 흐르는 유로(channel)로 구성되어 있다.
- 본 연구에서는 유체의 유동과 촉매층에서의 전기화학반응이 결합된 연료전지 모델을 구성하였다. 연료전지 모델을 전산유체역학(CFD) 기법으로 해석하기 위해서는 후)작용할 것이라는">작용할 것이라는 예측에 대한 근거로 삼을 수 있다. 본 연구에서는 전기화학적 변수의 조작 없이 오로지 유로의 형상만을 변화시켜 데이터를 얻었다. 그 결과는 동일한 유로의 단면적에서 AR이 증가할수록 전류밀도가 증가하고 RAR이 감소할수록 전류밀도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 후)전달 특성에">전달특성에 결정적인 면적의 구성요소들에 대한 영향이 보다 상세하게 검토될 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 서펜타인(serpentine) 형상을 기본 유로에 선정하여, 유로의 깊이(depth)와폭(width)의 비인 종횡비(aspects ratio)와 유로의 폭과 립(lib)폭의 비인 반응면적 비(reaction area ratio)에 따른 전류밀도와 전압과의 관계를 CFD 해석기법을 적용하여 성능특성을 평가하고자 한다.
가설 설정
- 후)변화시키며 시뮬레이션을">변화시키며 시뮬레이션을 진행하였다. 본 연구에서는 70℃의 온도와 1기압조건에서 연료전지가 운전된다고 가정하여 시뮬레이션을 진행하였으며, 성능을 해석하기 위한 I-V곡선의 데이터는 전지에 인가되는 전압을 1 V~0.4 V 범위에서 0.1 V씩 감소시킴으로써 얻을 수 있었다.
- 는 속도이며 S는 화학종 i의 생성 혹은 소멸을 각각 나타낸다. 본 연구의 시스템에서 수소와 산소는 소멸되는 항으로, 물은 생성되는 항으로 설정되었다.
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