An Experimental Study of Synthesis and Characterization of Vanadium Oxide Thin Films Coated on Metallic Bipolar Plates for Cold-Start Enhancement of Fuel Cell Vehicles

The enhancement of the cold-start capability of polymer electrolyte fuel cells is of great importance in terms of the durability and reliability of fuel-cell vehicles. In this study, vanadium oxide films deposited onto the flat surface of metallic bipolar plates were synthesized to investigate the feasibility of their use as an efficient self-heating source to expedite the temperature rise during startup at subzero temperatures. Samples were prepared through the dip-coating technique using the hydrolytic sol-gel route, and the chemical compositions and microstructures of the films were characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and field-emission scanning electron microscopy. In addition, the electrical resistance hysteresis loop of the films was measured over a temperature range from -20 to $80^{\circ}C$ using a four-terminal technique. Experimentally, it was found that the thermal energy (Joule heating) resulting from self-heating of the films was sufficient to provide the substantial amount of energy required for thawing at subzero temperatures.

연료전지 차량의 냉시동성 개선을 위한 금속 분리판 표면의 바나듐 산화물 박막 제조 및 특성 분석에 관한 연구

냉시동 성능 개선은 연료전지 차량의 고분자 전해질 연료전지 발전 모듈 및 시스템의 내구성과 신뢰성 향상의 측면에서 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 영하의 기후에서 연료전지 차량의 초기 구동 시금속 분리판 표면에 형성된 바나듐 산화물 박막의 자기 발열 특성을 이용하여 신속한 온도 상승 구현이 가능한 냉시동 향상 기술을 제안하고, 실험적 방법을 통해 그 적용 가능성을 검증하였다. 졸-겔 침지 법에 의해 제조된 바나듐 산화물 박막의 특성 평가를 위해 X 선 회절, 광전자 분광, 전자 주사 현미경을 이용한 화합물 조성 및 미세구조 분석, 4-탐침법을 이용한 $-20{\sim}80^{\circ}C$의 온도 구간에서의 온도-저항 이력 특성 분석을 각각 수행하였다. 본 실험 결과, 냉시동 조건에서 박막의 자기 발열량은 연료전지 내부의 생성 수 결빙 방지에 필요한 열 에너지를 모두 충족시킬 수 있음을 확인하였다.