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연료전지용 고효율 주변장치 (BOP) 설계를 위한 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) 스택 모델링
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Modeling for High Efficiency Fuel Cell Balance of Plant (BOP) 원문보기

대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회, 2007 July 18, 2007년, pp.201 - 203  

김종수 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  최규영 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  나재형 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  강현수 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  이병국 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  이원용 (에너지기술연구원 고분자연료전지연구단)

초록
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본 논문에서는, 연료전지 시스템의 기계적 주변장치 (MBOP)와 전기적 주변장치 (EBOP)의 최적 설계를 위해서 PEMFC 스택을 전기화학반응을 기초로 모델링한다. 모델링을 위해 기본적인 PEMFC의 구조와 동작 원리를 설명한다. 연료전지의 이론적 최고 전압인 평형전위를 깁스 자유에너지와 네른스트 방정식으로 유도한다. 전류밀도에 따른 전압 손실인 활성화, 저항, 농도 분극현상을 표현하기 위해서 수식을 유도한다. 수소가 이온화되지 못하고 산소극으로 넘어가서 발생되는 연료손실 및 내부전류와 지속적인 정역반응인 교환전류도 모델링된다. 평형전압에서 각 분극을 뺀 실제 운전 전압을 시뮬레이션하고, 유량과 압력에 따른 출력 특성을 시뮬레이션 한다. 부하변동 시 출력특성을 시뮬레이터와 실험결과로 비교한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 대부분의 문헌에는 복잡한 전기화학 방정식을 기본으로 하고 있고, 그것은 대부분 연료전지 스택 자체를 설계하기 위해서 유도된다. 그러므로 본 연구에서는 전기화학 방정식의 기본내용을 이해하기 쉽도록 요약한다. 네른스트 모델, 세 가지 분극현상, 연료손실 및 내부전류, 그리고 교환전류와 제한전류를 수식적으로 모델링하고 시뮬레이션 하였으며 시뮬레이터를 제작하여 실험 결과를 비교하였다.
  • 따라서 연료전지와 같은 전기 화학반응으로 발생되는 전원의 특성을 이해하기는 쉽지 않다. 논문에서는 EBOP 및 MBOP 최적화 설계를 위해서 복잡한 연료전지의 출력 발생 원리를 단계적으로 정리하였으며 연료전지용 PCS를 최적 설계를 위한 입력조건으로 활용할 수 있다.
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