Coolant Leak Effect on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

The performance of polymer electrolyte membrane fuel cell could be decreased due to coolant leaked from connection part. Micro pump was used to put small amount of coolant and investigate the effect on fuel cell. The stoichiometric ratio of hydrogen/air was 1.5/2.0, both side of gas was fully humidified, and current density of $400mA/cm^2$ was used as standard condition in this experiment. Constant current method was used to check performance recovery from coolant effect in 3 cell stack. The performance was recovered when coolant was injected in cathode side. On the other hand, the performance was not recovered when coolant was injected in anode side. Ethylene glycol could be converted to CO in oxidation process and cause poisoning effect on platinum catalyst or be adhered on GDL and cause gas diffusion block effect resulting performance decrease. Water with nitrogen gas was supplied in anode side to check performance recovery. Polarization curve, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy was used to check performance, and gas chromatography was used to check coolant concentration. Constant current method was not enough in full recovery of performance. However, water injection method was proved good method in full recovery of performance.

고분자전해질연료전지의 냉각수 누설에 대한 연구

연료전지 운전 중에 스택(stack) 분리판 접착부위나 다른 경로로 부동액이 누설될 경우에는 화학적 반응에 영향을 주어 성능의 저하가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 부동액이 누설되었을 경우의 성능 거동을 관찰하는 실험을 수행하였다. $400mA/cm^2$ 전류밀도 조건에서 마이크로 펌프를 이용하여 부동액을 주입하였으며 상대습도 100%/100%와 수소와 공기의 양론비는 1.5/2.0으로 고정하여 실험을 수행하였다. 3 cell stack을 이용하여 부동액을 주입한 후 정전류 회복 실험을 수행한 결과 cathode측에 부동액을 주입하였을 경우에는 성능이 회복되었고 anode측에 부동액을 주입하였을 경우에는 성능이 회복되기 어려운 것으로 나타났다. Anode측이 회복되지 못하는 이유로는 ethylene glycol의 산화반응에서 발생하는 불순물에 의한 피독 현상과 GDL과 3상 계면에 ethylene glycol이 물리적으로 흡착하였을 경우 반응에 필요한 연료 공급의 방해로 인한 성능 저하를 예상할 수 있다. 성능 저하에 영향을 주는 두 가지 변수를 확인하는 실험을 수행하였다. 회복 실험은 anode측에 water pump를 이용하여 질소 기체와 물을 동시에 공급하는 방법으로 실험을 수행하였고, 1시간 간격으로 성능 회복 유무를 확인하였다. 성능 평가는 polarization curve, cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS)를 사용하였으며, 정량분석은 gas chromatography를 이용하여 분석하였다. 부동액 주입 후 성능은 크게 저하되었고 정전류 회복 실험에서도 성능 회복은 미미하게 나타났다. 이 후 물 주입회복 실험을 수행하였고 회복 실험을 수행한 2시간 이후에는 93% 이상의 회복을 관찰할 수 있었다.