초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 달성하고자 하는 최종목표는 패시브형 공랭식 연료전지 작동조건인 과도한 공기유량 및 무가습 조건에서 셀 온도를 적절히 제어함과 동시에 효과적인 물 관리(water management)를 통한 전해질 막 탈수현상(membrane dehydration)을 억제하고 옴저항을 최소화하여 연료전지의 성능확보와 작동안정성을 구현할 수 있는 신개념 공랭식 캐소드 분리판 설계안을 제시하고 3차원 시뮬레이션을 통해 그 실효성을 검증하는 것임.

□ 연구 목표대비 연구결과
패시브 공랭식 PEM 연료전지

□ 연구개요
본 연구에서는 달성하고자 하는 최종목표는 패시브형 공랭식 연료전지 작동조건인 과도한 공기유량 및 무가습 조건에서 셀 온도를 적절히 제어함과 동시에 효과적인 물 관리(water management)를 통한 전해질 막 탈수현상(membrane dehydration)을 억제하고 옴저항을 최소화하여 연료전지의 성능확보와 작동안정성을 구현할 수 있는 신개념 공랭식 캐소드 분리판 설계안을 제시하고 3차원 시뮬레이션을 통해 그 실효성을 검증하는 것임.

□ 연구 목표대비 연구결과
패시브 공랭식 PEM 연료전지 시스템은 과도한 공기 조건에서 작동하기 때문에 막탈수 및 높은 이온저항은 스택 성능을 제한하는 중요한 요인임. 본 연구에서는 노즐과 디퓨져 형상의 채널을 가진 신개념 캐소드 분리판 설계안을 제시하였고, 그것들의 3-D CFD 시뮬레이션을 통해 수분 분포 및 산소 농도 등에 미치는 영향을 분석하였음. 새로이 제안된 캐소드 흐름장은 냉각채널에 더 많은 공기를 공급하도록 설계하고 가스채널에서의 반응 공기의 속도를 감속시킴. 이로 인하여 냉각 채널을 통한 폐열 제거를 용이하게 하는 동시에 막 탈수 현상을 완화 시킬 수 있음.
결과적으로 새롭게 설계한 캐소드 유동장에서 유리한 공기 흐름 분포를 보이고 높은 물 농도 프로파일을 확인 할 수 있음. 과도한 공기 공급 조건과 입구에서 출구까지의 온도 상승 때문에 ORR 반응에도 불구하고 Baseline에 경우에는 상대습도가 큰폭으로 낮아지는 반면에 새롭게 제안한 캐소드 유동장 설계에서는 상대습도의 감소가 적은 것을 확인하였음.

□ 연구개발결과의 중요성
공랭식 연료전지의 작동조건(무가습, 과도한 공기유량)에서 불가피하게 발생하는 전해질 막 탈수 현상과 온도분포, 전류밀도분포, 수분분포의 불균일성 문제들, 그리고 이에 따른 성능 및 내구성 저하 문제들을 극복할 수 있는 신개념 캐소드 분리판 설계안을 제안하여 현재까지 원천기술이 없는 상황에서 검증을 통해 지적 재산권을 빠르게 확보할 수 있음.
기존의 드론의 에너지원으로 사용되는 베터리 기술의 한계점이 체공 시간, 무게 등의 문제점을 극복하여, 점점 활용가치가 확대되고 있는 드론 산업에 이바지하고 우리나라의 미래 산업의 국제 경쟁력을 높이는 데 크게 기여할 수 있음.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1. 기존 공랭식 연료전지 디자인 문제점 시뮬레이션 연구 ... 4
• 2. 신개념 공랭식 캐소드 분리판 성능향상 시뮬레이션 및 설계 변수 영향성 연구 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 13