[논문]SUS316L 분리판 부식에 의한 접촉저항 및 고분자전해질 연료전지 성능에 미치는 영향

김준섭; 김준범

doi:10.14478/ace.2021.1089

SUS316L 분리판 부식에 의한 접촉저항 및 고분자전해질 연료전지 성능에 미치는 영향
Effect of SUS316L Bipolar Plate Corrosion on Contact Resistance and PEMFC Performance 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.32 no.6, 2021년, pp.664 - 670

초록
AI-Helper

스테인리스강은 기계적 강도와 전기 전도성이 우수하고 가공이 용이하여 고분자전해질 연료전지의 분리판으로 적용되고 있다. 하지만 스테인리스강의 부식으로 인하여 접촉 저항이 증가하여 연료전지 성능이 저하하는 문제점이 있고, 귀금속 재료를 코팅하여 내식성을 높일 수 있으나 비용이 증가하는 단점이 있다. 금속 분리판의 내구성 확보와 경제성 개선을 위하여 고분자전해질 연료전지에서 스테인리스 강 분리판의 부식 거동과 부동태막에 의한 영향을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 반응 면적이 25 cm²인 SUS316L 분리판을 제작하였고, 수소극과 공기극에 대한 SUS316L 분리판의 부식 거동을 분석하였다. SUS316L 분리판 부식이 연료전지 성능에 미치는 영향을 분극 곡선과 임피던스, 접촉저항을 측정하여 평가하였다. 연료전지 구동 간에 배출 수를 포집하여 SUS316L 분리판에서 용출된 금속 이온의 농도를 분석하였다. SUS316L 분리판에 대하여 공기극에서보다 수소극에서 부식이 활발하게 발생하는 것을 확인하였다. 연료전지 반응에 따라 부동태막이 형성되어 접촉 저항이 증가하였고, 부동태막이 형성된 이후에도 지속적으로 금속 이온이 용출되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Stainless steel was applied as bipolar plate (BP) of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) due to high mechanical strength, electrical conductivity, and good machinability. However, stainless steel was corroded and increased contact resistance resulting PEMFC performance decrease. Although the corrosion resistance could be improved by surface treatment such as noble metal coating, there is a disadvantage of cost increase. The stainless steel corrosion behavior and passive layer influence on PEMFC performance should be studied to improve durability and economics of metal bipolar plate. In this study, SUS316L bipolar plate of 25 cm2 active area was manufactured, and experiments were conducted for corrosion behavior at an anode and cathode. The influence of SUS316L BP corrosion on fuel cell performance was measured using the polarization curve, impedance, and contact resistance. The metal ion concentration in drained water was analyzed during fuel cell operation with SUS316L BP. It was confirmed that the corrosion occurs more severely at the anode than at the cathode for SUS316L BP. The contact resistance was increased due to the passivation of SUS316L during fuel cell operation, and metal ions continuously dissolved even after the passive layer formation.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. ICR measurement method (a) Ex-situ (b) In-situ.
그림 Figure 2. ICR under various compression pressures.
그림 Figure 3. Cell performance with graphite and SUS316L BP (a) IV curve (b) Nyquist plot.
그림 Figure 4. In-situ ICR of graphite BP (a) current density (b) voltage in BP/GDL interface (c) ICR.
그림 Figure 5. Fuel cell performance degradation with SUS316L BP (0.6 V).
그림 Figure 6. Nyquist plot with different bipolar plate (a) SUS316L BP (Anode), (b) SUS316L BP (Cathode).
그림 Figure 7. ICR change with different bipolar plate under various compression pressures.
그림 Figure 8. Optical photographs of SS316L BP (a) pristine anode (1 mm), (b) corroded anode (1 mm), (c) corroded anode (0.5 mm), (d) pristine cathode (1 mm), (e) corroded cathode (1 mm), (f) corroded cathode (0.5 mm).
그림 Figure 9. Fe ion concentration in drain water (SUS316L BP).
표 Table 1. Metal Ion Concentration in Drain Water.

참고문헌 (24)

A. Alaswad, A. Omran, J. R. Sodre, T. Wilberforce, G. Pignatelli, M. Dassisti, A. Baroutaji, and A. G. Olabi, Technical and commercial challenges of proton-exchange membrane (PEM) fuel cells, Energies, 14, 144 (2021).

상세보기
E. Ogungbemi, T. Wilberforce, O. Ijaodola, J. Thompson, and A. G. Olabi, Selection of proton exchange membrane fuel cell for transportation, Int. J. Hydrog. Energy, 46, 30625-30640 (2021).

상세보기
Y. Song, C. Zhang, C. Y. Ling, M. Han, R. Y. Yong, D. Sun, and J. Chen, Review on current research of materials, fabrication and application for bipolar plate in proton exchange membrane fuel cell, Int. J. Hydrog. Energy, 45, 29832-29847 (2020).

상세보기
S. Shimpalee, V. Lilavivat, H. McCrabb, Y. Khunatorn, H. K. Lee, W. K. Lee, and J. W. Weidner, Investigation of bipolar plate materials for proton exchange membrane fuel cells, Int. J. Hydrog. Energy, 41, 13688-13696 (2016).

상세보기
Y. Leng, P. Ming, D. Yang, and C. Zhang, Stainless steel bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells: Materials, flow channel design and forming processes, J. Power Sources, 451, 227783 (2020).

상세보기
N. F. Asri, T. Husaini, A. B. Sulong, E. H. Majlan, and R. W. D. Wan, Coating of stainless steel and titanium bipolar plates for anticorrosion in PEMFC: A review, Int. J. Hydrog. Energy, 42, 9135-9148 (2017).

상세보기
K. Fu, T. Tian, Y. Chen, S. Li, C. Cai, Y. Zhang, W. Guo, and M. Pan, The durability investigation of a 10-cell metal bipolar plate proton exchange membrane fuel cell stack, Int. J. Energy Res., 43, 2605-2614 (2018).
P. Yi, D. Zhang, D. Qiu, L. Peng, and X. Lai, Carbon-based coatings for metallic bipolar plates used in proton exchange membrane fuel cells, Int. J. Hydrog. Energy, 44, 6813-6843 (2019).

상세보기
K. Karacan, S. Celik, S. Toros, M. Alkan, and U. Aydin, Investigation of formability of metallic bipolar plates via stamping for light-weight PEM fuel cells, Int. J. Hydrog. Energy, 45, 35149-35161 (2020).

상세보기
J. Wind, R. Spah, W. Kaiser, and G. Bohm, Metallic bipolar plates for PEM fuel cells, J. Power Sources, 105, 256-260 (2002).

상세보기
M. Sulek, J. Adams, S. Kaberline, M. Ricketts, and J. R. Waldeker, In situ metal ion contamination and the effects on proton exchange membrane fuel cell performance, J. Power Sources, 196. 8967-8972 (2011).

상세보기
A. Miyazawa, E. Tada, and A. Nishikata, Influence of corrosion of SS316L bipolar plate on PEFC performance, J. Power Sources, 231. 226-233 (2013).

상세보기
H. Wang, M. A. Sweikart, and J. A. Turner, Stainless steel as bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cells, J. Power Sources, 115, 243-251 (2003).

상세보기
J. Barranco, F. Barreras, A. Lozano, and M. Maza, Influence of CrN-coating thickness on the corrosion resistance behaviour of aluminium-based bipolar plate, J. Power Sources, 196, 4283-4289 (2011).
S. Laedre, O. E. Kongstein, A. Oedegaard, F. Seland, and H. Karoliussen, Measuring in situ interfacial contact resistance in a proton exchange membrane fuel cell, J. Electrochem. Soc., 166, F853-F859 (2019).

상세보기
Drive U. Fuel cell technical team roadmap. New York: US Drive Partnership, 1-34 (2017).
R. A. Antunes, M. C. L. Oliveria, G. Ett, and V. Ett, Corrosion of metal bipolar plates for PEM fuel cells: A review, Int. J. Hydrog. Energy, 35, 3632-3647 (2010).

상세보기
E. Kahveci and I. Taymaz, Experimental study on performance evaluation of PEM fuel cell by coating bipolar plate with materials having different contact angle, Fuel, 253, 1274-1281 (2019).

상세보기
F. Madadi, A. Rezaeian, H. Edris, and M. Zhiani, Improving performance in PEMFC by applying different coatings to metallic bipolar plates, Mater. Chem. Phys., 238, 121911 (2019).

상세보기
C. Zhou, J. Wang, S. Hu, H. Tao, B. Fang, L. Li, J. Zheng and L. Zhang, Enhanced corrosion resistance of additively manufactured 316L stainless steel after heat treatment, J. Electrochem. Soc., 167, 141504 (2020).

상세보기
Y. Wang and D. O. Northwood, Effects of O2 and H2 on the corrosion of SS316L metallic bipolar plate materials in simulated anode and cathode environments of PEM fuel cell, Electrochim. Acta, 52, 6793-6798 (2007).
K. Feng, G. Wu, Z. Li, X. Cai, and P. K. Chu, Corrosion behavior of SS316L in simulated and accelerated PEMFC environments, Int. J. Hydrog. Energy, 36, 13032-13042 (2011).

상세보기
Y. Yang, X. Ning, H. Tang, L. Guo, and H. Liu, Effects of potential on corrosion behavior of uncoated SS316L bipolar plate in simulated PEM fuel cell cathode environment, Fuel Cells, 14, 868-875 (2014).

상세보기
Y. Yang, X. Ning, H. Tang, L. Guo, and H. Liu, Effects of passive films on corrosion resistance of uncoated SS316L bipolar plates for proton exchange membrane fuel cell application, Appl. Surf. Sci., 320, 274-280 (2014).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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