오픈 캐소드형 고분자 전해질 연료전지에서 보관기간이 미치는 영향 :Influence of storage period on the open cathode type polymer electrolyte membrane fuel cell

이기택

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이기택 (울산대학교, 울산대학교 일반대학원)

지도교수: 김준범

발행연도: 2017

저작권: 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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2017

오픈 캐소드형 고분자 전해질 연료전지에서 보관기간이 미치는 영향

이기택 화학공학 2017.01 학위논문

오픈 캐소드형 고분자전해질 연료전지의 성능향상과 회복기법

이기택 , 김준범 공업화학 2017.01 학술저널

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고분자 전해질 연료전지는 기존의 백업전원으로 사용되는 납축전지와 비교하였을 때 여러 가지 장점을 가진다. 이러한 장점에도 불구하고, 백업용 전원으로 상용화 되기 위해서는 가격절감이라는 문제점을 해결해야 한다. 최근 가격절감을 위해 BOP비용을 절감한 다양한 연료전지가 개발되고 있다. 그 중 open-cathode type 연료전지는 연료의 공급장치와 냉각 장치를 일체화하여 BOP를 경량화 시킨 연료전지이다. Open-cathode PEMFC는 cathode극이 공기 중으로 개방되어있는 구조이다. 이렇게 노출된 cathode 극에 fan을 이용하여 연료인 공기를 공급하며, 또한 공급되는 공기를 이용하여 스택을 냉각 시킨다. 기존의 연료전지와는 다르게 개방된 구조로 인하여 open-cathode type 연료전지는 기존의 연료전지보다 스택의 고분자 전해질 막의 수분관리가 중요하다. 또한 백업전원의 경우 특수한 상황에서만 운전 되기 때문에 운전을 하지 않는 기간 동안 막의 건조로 인한 성능감소가 발생할 수 있다.
본 연구에서는 open-cathode type 연료전지 스택의 운전 특성파악과 보관기간에 따른 성능 감소를 확인하기 위하여, cathode 공급유량, 퍼지 주기, 스택 보관기간이 성능에 미치는 영향과 스택의 가습 회복 방법에 대한 실험을 진행 하였다. 스택에 공급되는 cathode 유량은 스택 온도 상승에 의한 membrane dehydration과 양론비에 영향을 주며, 그 중 온도 상승에 의한 membrane dehydration의 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 퍼지주기가 길어지면 스택에서 배출되는 물의 양이 감소하여 스택 가습을 향상시키지만, 반응으로 생성된 물과 back-diffusion에 의한 질소의 축적으로 성능의 감소가 발생하였다. 스택의 보관기간이 길어지게 되면 스택 분리막 가습의 부족으로 인한 성능의 감소가 발생하였으며, 가습이 회복되면 기존성능의 99%정도 회복하는 것을 확인하였다. 또한 적절한 퍼지 주기의 선정을 통하여 보관직후 스택 가습을 향상시켜 스택 성능 회복에 도움이 되는 것을 확인하였다.

1. 서론
1.1 연료전지
1.2 고분자 전해질형 연료전지
1.2.1 전해질 막
1.2.2 전극
1.2.3 기체확산층
1.2.4 분리판
2. 본론
2.1 Open-cathode type PEMFC
2.2 Dead-ended anode system
2.3 실험방법
2.3.1 평가스테이션 구축
2.3.2 Open-cathode PEMFC 스택
2.3.3 운전변수 별 영향 파악
2.4 실험 결과
2.4.1 초기성능
2.4.2 유량이 스택에 미치는 영향
2.4.3 Purge interval이 미치는 영향
2.4.4 스택 보관기간이 성능이 미치는 영향
2.4.5 Purge interval이 보관 직후 스택 가습에 미치는 영향
3. 결론
4. 참고문헌

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