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

Abstract

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.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.