A Simulated Prediction for Influences of Operating Condition in an Alkaline Fuel Cell

The effects of the operating conditions in AFC single cells have not been studied in detail. In this study, by using a one-dimensional isothermal model a computational simulation was conducted to investigate the effects of the initial electrolyte concentration and the operating gas pressure. According to the result, the optimum electrolyte concentration at the base-case was found to be within $3.0\~3.5$ M. The variation of the cell performance according to the electrolyte concentration was found to be caused mainly by the charge transfer resistances of both electrodes, Henry's constant and the liquid phase diffusivity of the dissolved gases. It was also found that an increase in operating pressure increased the reaction rates and the solubilities of the gases, which led to a considerable enhancement of the cell performance.

AFC 단전지에서 운전조건의 영향은 이제까지 자세히 연구된 바 없다. 본 연구에서는 초기 전해질 농도와 가스 운전압력의 영향을 살펴보기 위하여 1차원 등온 모델을 이용해 전산모사를 수행하였다. 결과에 의하면, base-case에서 최적 전해질 농도는 $3.0\~3.5M$사이에 있는 것으로 발견되었다. 전해질 농도에 따른 전지 성능의 변화는 주로 양쪽 전극의 전하전달 저항과 용해된 기체의 헨리상수 및 액상확산이 원인인 것으로 밝혀졌다. 또한, 운전 압력의 증가는 반응속도와 가스의 용해도를 증가시켰으며, 이것으로 인해 전지 성능이 상당히 향상되는 것으로 조사되었다