연료전지의 성능에 대한 맥동유동의 영향

Abstract

맥동유동에 의하여 공기극에 물질이 공급될 때 PEMFC(Proton exchange membrane fuel cell)의 성능에 미치는 영향을 수치적으로 연구하였다. 비정상상태, 2차원, 등온, 그리고 단상의 상태에 대하여 수치적 모델이 전개되었다. 맥동유동에 의하여 공기극의 입구에서 속도는 주기적으로 변한다. 맥동유동에 영향을 끼치는 인자는 진폭, 주파수, 그리고 채널 크기이다. 본 연구에서는 채널 크기는 고정시킨 채 진폭과 주파수만을 변화시켰다. 맥동유동에 의하여 산소의 물질전달이 향상된다. 반응이 이루어지는 촉매층에서 산소의 농도가 증가하기 때문에 평균전류밀도는 맥동유동이 없는 경우에 비하여 증가하였다. 포화상태의 물이 공급되기 때문에 공기극의 채널에서 물의 변화는 전해질과 수소극의 채널에서 물의 분포에 영향을 미치지 않는다. 물의 변화에 의한 성능변화가 존재하지 않기 때문에 산소는 PEMFC의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 진폭과 주파수가 증가함에 따라 평균전류밀도는 상승하였다. 주파수가 고정되고 진폭을 변화시킬 때 평균전류밀도의 증가량은 특정 진폭이상에서 오히려 감소하였다. 진폭을 고정시키고 주파수를 변화시킬 때 평균전류밀도의 증가량은 특정 주파수이상에서 오히려 감소하였다. 진폭이 큰 경우에는 진폭이 작은 경우보다 더 높은 주파수에서 평균전류밀도의 증가량이 감소하였으며 그 증가량은 더 큰 값을 갖는다.