[논문]화학적/기계적 열화 병행방법에 의한 PEMFC 고분자막 내구성 평가

임대현; 오소형; 정성기; 정지홍; 박권필

doi:10.9713/kcer.2021.59.3.339

화학적/기계적 열화 병행방법에 의한 PEMFC 고분자막 내구성 평가
Durability Test of PEMFC Membrane by the Combination of Chemical/Mechanical Degradation 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.59 no.3, 2021년, pp.339 - 344

임대현 (순천대학교 화학공학과) , 오소형 (순천대학교 화학공학과) , 정성기 ((주)상아프론테크) , 정지홍 ((주)상아프론테크) , 박권필 (순천대학교 화학공학과)

초록
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고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 내구성 향상을 위해서 고분자막의 내구성을 짧은 시간에 정확히 평가하는 것은 중요하다. 최근에 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)에서 고분자막의 화학적 내구성과 기계적 내구성을 결합해 평가하는 프로토콜을 보고하였다. 이 프로토콜은 개회로전압(Open Circuit Voltage, OCV) 유지 상태에서 가습/건조를 반복함으로써 화학적/기계적 열화를 고분자막에 가한다. OCV 변화 반복에 따른 전극 열화의 영향을 많이 받고 평가시간이 장시간인 점들이 이 프로토콜의 문제점이다. 본 연구에서 DOE 프로토콜의 다른 조건들은 그대로 두고 양극(Cathode) 가스로 공기 대신 산소를 사용함으로써 내구평가 시간을 408시간에서 144시간으로 단축시킬 수 있었다. 전압변화 사이클 횟수를 1/3로 감소시킴으로써 전압변화 사이클에 의한 전극열화는 종료 시점에서 공기에 비해 산소 사용 시 1/12로 감소시켜서, 고분자막 내구 평가를 보다 정확히 할 수 있게 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve the PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) durability, it is important to accurately evaluate the durability of the membrane in a short time. Recently, DOE (Department of Energy) reported a protocol that combines the chemical and mechanical durability of membranes to evaluate them effectively. This protocol applies chemical/mechanical deterioration to the membrane by repeating wet/dry while OCV (Open Circuit Voltage) holding. The problem of this protocol is that it is highly affected by electrode degradation due to change cycles in OCV and that the evaluation time is long. By using oxygen instead of air as the cathode gas while leaving the other conditions of the DOE protocol as it is, the durability evaluation time could be reduced from 408 hours to 144 hours. By reducing the number of voltage change cycles to 1/3, the electrode degradation due to the voltage change cycle was reduced to 1/12 when oxygen was used compared to air at the end, thereby enabling more accurate evaluation of polymer membrane durability.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Variation of OCV during AST cycles using (a) Air (b) O₂.
그림 Fig. 2. Variation of LSV during AST cycles using (a) Air (b) O₂, and (c) comparison of HCCD.
그림 Fig. 3. Variation of LSV by NEDO method using(a) Air (b) O₂ and (c) comparison of short resistance.
그림 Fig. 4. Variation of CV using(a) Air (b) O₂ and (c) comparison of ECSA.
그림 Fig. 5. Variation of CV using(a) Air (b) O₂ and (c) comparison of HFR and CTR.
표 Table 1. Change of HCCD, Short resistance and ECSA during ASTs
그림 Fig. 6. Comparison of SEM image of MEA after AST cycles using (a) Air (b) O₂.

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