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저가형 조립 분리판의 개발
Development of the Low Cost Assembled Separator 원문보기

한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집, 2009 Nov. 25, 2009년, pp.247 - 250  

황용신 (서울대학교 기계항공공학부) ,  이주형 ((주)엑스에프씨) ,  지상훈 (서울대학교 기계항공공학부) ,  박준호 (서울대학교 기계항공공학부) ,  이대영 (한국과학기술연구원) ,  차석원 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study considers the feasibility of using the low cost assembled separator. The graphite plate has been widely used as the separator in the field of PEMFCs(Polymer electrolyte membrane fuel cell) industry because of its excellent material properties such as good corrosion resistance, good electr...

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문제 정의

  • 본 연구에서 사용한 Grafoil은 하나의 분리판 제작 시 총 Grafoil 적층 수가 5장이 사용되어진다. Grafoil의 적층수가 적을수록 접촉 저항 및 Ohmic 저항이 줄어드나 본 연구에 서는 분리판의 사용 가능성을 보여주기 위한 연구로서 똑같은 재질의 Grafoil로 제작 실험하기 위해서 다층의 적층 구조로 제작되어졌다. PC 로 제작된 단위셀은 PC부에 히터 삽입이 불가능하여 상온과 분리판 외곽 집전판의 온도가 40 ℃인 지점에서 각각 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 Grafoil을 사용하여 유로를 구성하였으며, 재료 자체의 문제를 해결하기 위해서 PC 재질의 베이스 판을 이용하여 Grafoil 의 눌림도를 조절하였다. 두 이종 재료를 이용하여 제작 단가를 나출 수 있는 조립 분리판을 제작하였으며, 조립분리판의 성능 특성 실험을 통하여 새로운 구조를 가진 분리판의 적용 가능성을 보여줄 것이다.
  • [1]~[5] 하지만 두 가지 개발 방향 모두 현재의 DOE Target을 만족시키지는 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 복합소재 분리판 중의 Grafoil과 Grafoil 사용시 생기는 문제점을 보완해 줄 PC 재질의 분리판을 사용하여 DOE 목표를 달성 할 수 있는 가능성을 보여줄 것이다.
  • 그중 분리판이 차지하는 비용이 스택 제조에서 약 40~60%를 차지하기 때문에 분리판의 제조 단가를 나추는 일이 무엇보다 시급한 실정이다. 본연구에서는 이러한 문제점을 조립 분리판이라는 새로운 구조의 분리판 형태를 이용하여 해결 할수 있는 방향에 대한 가능성을 제시하였다. 조립 분리판의 구성은 Grafoil과 PC 재질의 베이스 판으로 구성되어지며, Grafoil은 커팅법으로 유로를 구성하였고, PC 재료를 이용하여 베이스 분리판을 구성하였다.
  • PC 로 제작된 단위셀은 PC부에 히터 삽입이 불가능하여 상온과 분리판 외곽 집전판의 온도가 40 ℃인 지점에서 각각 실험을 수행하였다. 비록 낮은 온도에 서의 실험 수행과 제작 시 다층의 Grafoil을 적층하여 제작하는 것은 Grafoil의 성능이 더욱 나쁘게 보일 수 있으나, 본 결과는 논문의 목적인 Grafoil과 PC 재질 판의 구조를 이용하여 스택에 적용할 수 있는 사용 가능성을 보여주는 결과로서는 큰 어려움이 없다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연료전지란? 연료전지는 연료의 화학 에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류전류를 생산하는 능력을 갖는 전기화학적 발전설비로서, 천연가스, 프로판, 나프타, 메탄올 등의 다양한 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 활용할 수 있는 고효율, 고출력, 무공해, 무소음등의 특징을 갖는 환경친화적 차세대 핵심 발전 기술이다. 연료전지 상용화를 위해서 내구성, 물관리등 성능 최적화에 대한 연구뿐 아니라 상용화에 가장 걸림돌이 되고 있는 가격을 낮추기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.
연료전지 상용화를 위해 연구되고 있는 것들은? 연료전지는 연료의 화학 에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류전류를 생산하는 능력을 갖는 전기화학적 발전설비로서, 천연가스, 프로판, 나프타, 메탄올 등의 다양한 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 활용할 수 있는 고효율, 고출력, 무공해, 무소음등의 특징을 갖는 환경친화적 차세대 핵심 발전 기술이다. 연료전지 상용화를 위해서 내구성, 물관리등 성능 최적화에 대한 연구뿐 아니라 상용화에 가장 걸림돌이 되고 있는 가격을 낮추기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 연료전지 운전에 있어 성능 및 내구성에 영향을 미치는 화학적 특성 및 물리적 인자에 대한 많은 연구가 이루어져 왔으며, 이 결과 연료전지의 성능은 어느 정도 상용화에 가까워지게 되었다.
연료전지의 성능을 일정하게 유지 시키면서 저가격화를 실현하기 위해 분리판에 대한 연구는 어떻게 이루어지고 있는가? 분리판은 현재 Graphite 판을 기계가공하여 사용하고 있으나, Graphite의 재료 비용에 비해 기계가공 비용이 너무 높아 저가격화를 실현시키는대는 큰 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 금속 분리판, 복합소재 분리판등 다양한 재료와 방법을 이용해 분리판의 개발을 진행시키고 있다. [1]-[5] 그 중 Philip et. al. [4] 은 Grafoil을 이용하여 분리판을 구성하였고 Grafoil의 사용 가능성을 보여주었으며, Ballard Power사는 [5]-[7] Grafoil을 커팅 또는 압착하여 분리판을 만드는 발명을 하였다. Grafoil은 약 98%의 탄소로 제작되어지기 때문에 높은 전기 전도성 및 열전도 성을 갖게 된다. 그러나 재료의 눌림에 의한 변형도가 커서 On-Off 시 발생한 열에 의해 재료의 눌림도 변형이 일어날 수 있으며, 조립 시매번 일정한 눌림도로 제어하여 생산이 어렵게 된다. 또한 스택 적층 시 응력 집중이 편중되게 일어날 가망성이 크기 때문에 스택 제작 시에큰 어려움을 갖고 있다. [3],[4]
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