연료전지 볼록 다공체 분리판 유로 설계에 따른 물질전달 특성 및 성능 분석

Abstract

연료전지 기술이 새로운 시대에서 발전을 좋아지고 있다. 연료전지는 수소와 산소를 연료로 사용하여 전기를 발생하기 위하여 한 친환경 시스템이다. 고분자 연료전지 시스템은 운전온도가 낮고 반응속도도 빠르기 때문에 친환경 자동차 분야에서 발전 전망이 커지고 있다. 고분자 연료전지는 분리판, 기체확산층, 전해질막을 스택으로 구성되어 있다. 연료전지의 물질 전달 성능 향상을 위해 본 연구를 진행하였다. 기존 다공성 분리판에서 블록 3까지를 설계에 따라서 유동과 물질전달 특성을 분석하였다. 모델1는 기존 모델 보다 물질전달 효과가 8배, 전류밀도도 5.5배를 증가하였다. 이 기존에서 블록에 대한 최적화 설계 연구를 진행하였다. 그 결과 다공성 최적화 분리판은 모델1 물질 전달 성능이 3.5배가 증가하였다. 또한 최적화 분리판에 대한 기체확산층 투과도가 증가시키는 경우 확산층의 질량유량 전달 효과가 가장 큰 것으로 예측하였다. 기체확산층의 방향에 따른 10배식 증가 연구를 진행하였다. In-plane 방향이 물질전달 효과에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서 질량유량이 6배를 증가하고 압력강하가 변화하는 거 없다. 최종적으로 최적설계에 따른 최적화 분리판은 성능이 가장 좋은 것으로 분석하였다. 앞으로 더 많은 분리판 변수를 선택하고 다양한 최적화 설계방법에 따라 연료전지 반응 성능연구를 하도록 하겠다.