격자 볼츠만 방법을 이용한 고분자 전해질형 연료전지 스택의 모델링 및 농도장에 대한 수치적 연구

Abstract

본 연구의 목적은 수치해석 기법을 사용하여 고분자 전해질형 연료전지 내부의 반응물 및 생성물의 확산과 화학 반응에 따른 농도장을 계산하는 데에 있다. 해석 영역은 가스 채널, 가스 확산층, 촉매층, 고분자 전해질막으로 구성되어 있는 2차원의 채널 형태이고 수치해석 방법으로써 격자 볼츠만 D2Q9 모델을 적용하였다. 고분자 전해질형 연료전지 스택 내부의 가스 확산층과 촉매층, 고분자 전해질막은 다공성 매질로 제작되고 서로 다른 다공도를 갖기 때문에 이를 모사하기 위하여 여러 가지 크기와 형태의 고체 장애물을 포함하였다. 격자 볼츠만 방법을 이용한 code와 수치계산 결과를 검증하기 위하여 다공성 매질을 포함한 채널 내에서의 속도 분포를 측정한 실험 결과와 비교하였다. 또한 각 반응물과 생성물의 농도 분포를 x축, y축 방향의 여러 단면으로 나누어 그 특성을 분석하였다.; The objective of the present work, using one of the methods of analytical research on Computation Fluid Dynamics(CFD), is to identify the diffusion of reactant (hydrogen, oxygen, etc) arising in the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), and the concentration field of the numerical domain. The field of this analysis a is two-dimensional channel form and is consisted of Gas channel, Gas Diffusion Layer(GDL), membrane. This study is analyzed by applying the model of LBM BGK D2Q9. The actual GDL and membrane have different porosities and thus this research includes solid obstacles with varied forms and sizes according to each area ratio in order to scrutinize this difference.