실험적 접근방법에 근거한 고분자 전해질 연료전지의 모델링

Abstract

고분자 전해질 연료전지 (PEFC)의 물 관리는 PEFC가 최적의 성능을 내는데 결정적인 역할을 한다. 이 연구에서는 PEFC 전해질막의 가습도를 조절하기 위한 물 관리 제어시스템을 개발하는데 기반이 될 수 있는 모델을 제안하였다. 모델링을 수행하기 위해서 물리적인 식에 근거한 모델링 기법과 실험에 근거한 모델링 기법을 혼용하였다. 제안된 모델은 실시간 제어 시뮬레이션을 수행하기 위한 목적으로 개발되었다. 따라서 모델은 간단한 수학적 구조를 가지도록 갖도록 개발되었고 정확한 결과 예측을 할 수 있도록 PEFC의 출력 전압에 영향을 끼치는 전압손실들을 구분하기 위한 Current interrupt 실험과 전해질막을 통과하는 물의 양을 측정하기 위한 실험이 수행되었다. 제안된 모델을 수립하기 위한 모델링 과정은 전해질막이나 전극과 같은 PEFC의 구성품들이 변하더라도 일반적으로 사용될 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안된 PEFC 모델은 연료전지의 전압손실들을 효과적으로 구분할 수 있고 연료와 공기의 상대습도, PEFC 스택 온도, 전류밀도와 같은 외부조건들이 바뀌었을 때 PEFC 내부의 물의 거동과 PEFC의 성능간의 관계를 효과적으로 규명할 수 있다.; Water management is an important factor in the optimal performance of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In this paper, a PEFC model that facilitates the control of PEFC membrane humidity is presented. We propose an efficient modeling procedure using a combination of mathematical and experimental techniques. We have adopted a simple mathematical structure for the model and performed experiments to measure PEFC irreversibilities and net water transport across the membrane electrode assembly (MEA). The modeling procedure we have proposed can be generally used for PEFC modeling regardless of the MEA type. The developed PEFC model effectively quantifies the irreversibilities in the PEFC output voltage and clarifies the relationship between PEFC performance and steady state water transport through the MEA.