• 대한기계학회논문집B
• /
• 제36권2호
• /
• pp.161-170
• /
• 2012

고분자 전해질 연료전지에서 물 관리는 연료 전지성능에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 공급되는 수분의 양이 적을 경우 수소이온의 이동을 담당하는 전해질의 건조현상으로, 수분의 양이 과다할 경우 반응이 일어나는 촉매층과 전해질 삼상 계면에서의 홍수현상으로 성능을 감소시키거나 동작을 멈추게 하므로 이 부분에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 연료전지 수분에 영향을 주는 요소 중, 연료극과 공기극에 공급되는 상대습도를 100%로, 동작온도를 $80^{\circ}C$로 설정한 후, 입구 측에 압력을 변화하면서, 다중물리응용 수치해석을 포함하고 유한요소를 통하여 비선형 편미분 방정식이 결부된 상용코드를 이용하여 전체적인 전기화학반응 및 성능에 대한 해석을 수행하고 공기극 측의 가스 확산층에 각 위치별 전류밀도 분포와 수분포화의 분포, 압력차에 의한 동작물질의 속도 등을 분석하여 보았다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 연료전지의 성능은 압력의 세기에 따라 달라지며 압력이 높을수록 성능과 위치별 최대 전류밀도가 높게 나타났으며, 공기극의 가스 확산층에서의 수분함량은 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 수분함량이 많은 것으로 나타났으며 특히 전극의 바로 아래 부분에서의 수분이 더 많이 응축되어 나타났으며 공기극 가스 확산층에서의 동작물질의 속도는 동작물질의 입구방향에서 출구측으로 진행할수록 그 변동 폭이 크게 나타났다.

• 전기화학회지
• /
• 제13권4호
• /
• pp.283-289
• /
• 2010

2차원 전산 해석 모델을 사용하여 고온 고분자 전해질 연료전지의 전산해석을 수행하였다. 해석 모델은 기존의 실험데이터와의 비교를 통해 검증하였으며, 다양한 작동 조건이 연료전지의 성능에 미치는 영향을 파악하기 위해 일련의 전산해석을 수행하였다. 본 전산해석의 결과를 통해 교환전류밀도, 이온전도도, 공급유량 및 작동압력이 증가할수록 연료전지의 성능이 향상됨을 확인하였다. 또한, 기체 확산층의 기공율이 높을수록 기체의 확산이 향상되어 연료전지의 성능이 향상되었으며, 양극 기체 확산층의 기공율에 의한 효과가 음극에 비해 더 두드러지게 나타났다.

• Composites Research
• /
• 제37권1호
• /
• pp.40-45
• /
• 2024

본 연구에서는 고분자 전해질막 연료전지용 가스확산층의 투과도를 예측하기 위해 삼차원 합성곱 신경망 모델을 사용하는 방법론을 소개한다. 먼저, 기계학습 모델을 학습시키기 위해 X-선 단층 촬영을 통해 얻은 실제 가스확산층 이미지에서 형태학적 특성을 추출해 가스확산층의 대표 체적 요소로 이루어진 인공 데이터셋을 생성한다. 이러한 형태학적 특성은 다공성, 섬유 배향, 직경의 통계적 분포가 포함된다. 구축한 인공 데이터셋 대표 체적 요소들의 투과도를 평가하기 위해 격자 볼츠만 방법이 사용되었으며 각각의 대표 체적 요소들의 투과도를 도출하였다. 이러한 인공 데이터셋을 통해 삼차원 합성곱 신경망 모델을 학습시켰으며 인공 데이터셋을 학습한 삼차원 합성곱 신경망 모델이 실제 가스확산층의 대표 체적 요소 투과도 또한 잘 예측하는 것을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.198.1-198.1
• /
• 2010

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 핵심부품인 스택의 MEA는 전극과 멤브레인 전해질, GDL(Gas Diffusion Layer)로 구성되며, 전극은 Anoth극과 Cathod극으로 나뉘어 각각의 전극 특성에 적합한 전극촉매를 적용하게 된다. Anoth극과 Cathod극은 탄소 지지체 위에 원하는 사양의 희유금속이 도포되어 존재하는데 이들 희유금속은 그 희귀성으로 인해 사용 후 반드시 재사용되어야 한다. 사용된 전극에서의 희유금속 회수는 산침출, 불순물제거, 추출, 탈거 공정으로 이루어지며, 산침출 시 산화제로 사용된 NaOCl로 인한 침출용액 내의 Na+ 이온의 증가는 불순물제거 공정에 의해 반드시 제거되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 CCG 방식으로 전극촉매를 GDL에 코팅한 MEA로부터 백금족 희유금속을 회수 시 MEA에 포함되어 있는 소량의 불순물을 제거하고자 한다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2009년 추계학술대회논문집
• /
• pp.93-96
• /
• 2009

In the cathode channel of a PEM fuel cell, the local concentration of oxygen near the gas diffusion layer (GDL) decreases in streamwise direction due to chemical reactions, which degrades the efficiency of the oxygen consumption and overall fuel cell efficiency. We numerically studied the influence of the swirling flow generated by a slanted groove mixer (SGM) on the concentration distribution of oxygen. We found that the swirling flow can increase the concentration of oxygen near the GDL, and subsequently improves the oxygen consumption rate.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.374-377
• /
• 2009

The operating temperature of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) usually has to be limited under $100^{\circ}C$ to maintain the proper ionic conductivity. Therefore, the only product from reaction, water, is in the liquid phase. Two-phase flow makes the flow phenomenon in the channel difficult to understand and predict. Water blocking in the PEMFC channel or the pore of Gas Diffusion Layer (GDL), called flooding, is known as the main effect of PEMFC degradation. To analyze two-phase flow, the PEMFC with transparent acrylic plate was used. Two-phase flow patterns were observed by varying the current density. When the PEMFC is mounted horizontally, water in the cathode is mainly transported on the interface between the channel and GDL.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
• /
• pp.320-323
• /
• 2006

A numerical study is made of a manifold and bipolar plate in polymer electrolyte fuel cells, the aim of the present study is to describe the characteristics of flow pattern In manifold and bipolar plate. The present work shows that the flow pattern in the bipolar plate is affected by the penetration flow through GDL characterized by clamping pressure and GDL intrusion in to a channel area. Manifold geometry also affects the flow distribution. The recirculation flow by bent duct destroy even distribution In manifold, the present work shows that corner rounding can improve the manifold performance.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.254-256
• /
• 2009

The performances of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis depend on many factors such as materials, geometries, fabrication methods, operating conditions, and so forth. The fabrication method is concerned, membrane electrode assemblies (MEA) are a most important part to show different performances by different fabrication methods. The performance change of PEM water electrolysis was experimentally measured according to the fabrication differences of the anode electrodes. One point of view is the catalyst intrusion rate to the anode gas diffusion layer (GDL), and the other point of view is the catalyst loading distribution in depth of the anode GDL. Results show that the performances of MEA with deep intrusion of the catalysts are better in the range of low current densities but worse at higher current densities. The catalyst loading distribution does not affect significantly to the performance of PEM water electrolyser.

• 신재생에너지
• /
• 제5권4호
• /
• pp.75-78
• /
• 2009

The performances of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis depend on many factors such as materials, geometries, fabrication methods, operating conditions, and so forth. The fabrication method is concerned, membrane electrode assemblies (MEA) are a most important part to show different performances by different fabrication methods. The performance change of PEM water electrolysis was experimentally measured according to the fabrication differences of the anode electrodes. One point of view is the catalyst intrusion rate to the anode gas diffusion layer (GDL), and the other point of view is the catalyst loading distribution in depth of the anode GDL. Results show that the performances of MEA with deep intrusion of the catalysts are better in the range of low current densities but worse at higher current densities. The catalyst loading distribution does not affect significantly to the performance of PEM water electrolyser.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제40권11호
• /
• pp.689-695
• /
• 2016

연료전지의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요소 중에 하나가 가스확산층과 촉매층에서 물의 거동이다. 따라서 가스확산층의 특성에 따른 유체의 거동의 변화를 이해하는 것은 연료전지의 성능개선과 가스확산층의 설계를 위한 필수적인 요소이다. 이 연구에서는 가스확산층의 설계요소인 기공도, 굴곡도와 유효확산계수를 수치적으로 계산할 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 검증을 위하여 지름이 일정한 구형입자를 이용하여 기공도가 다른 다공체를 만들고 구형입자에 Bounceback 조건을 적용한 격자 볼쯔만법 유동해석을 수행하였다. 다공체 내의 유동효과를 나타내는 투과도는 다공체에 의한 압력강하와 평균유속으로 계산하고, 질량이 없는 입자의 평균 다공체 통과 거리로부터 계산한 굴곡도와 기공도를 이용하여 계산한 유효확산계수를 Neale의 이론식과 비교하여 정확하게 일치하는 것을 확인하였다. 이 방법은 실제 다공체의 이미지를 이용한 계산에도 수정없이 이용할 수 있어 연료전지의 성능향상과 설계를 위한 가스확산층의 특성분석에 활용될 수 있다.