전산유체역학을 이용한 다차원 HT-PEMFC에서 전해질 막의 전도도에 따른 성능 비교 연구

Abstract

고온 고분자 전해질막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 CO 내성이 높고 물 관리가 용이하다는 장점이 있다. 그러나 높은 온도에서의 작동으로 막의 손상이 쉬우며, 이로 인한 재구매 비용을 결코 무시할 수 없어 반복 실험에 제약이 따른다는 단점이 있다. 이런 단점을 해결하기 위해, 여러 물리적 현상 간 상호작용을 정밀하게 계산할 수 있는 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 실제 셀의 성능을 예측하는 연구에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만, HT-PEMFC를 비롯한 여러 연료전지 모델을 모사하는 논문에서는 다차원 모델에대한 분석이 많이 보고되지 않아 어떤 모델이 실제와 적합한지 알기 힘들다. 따라서, 본 연구에서는 CFD를 활용하여 Butler –Volmer 방정식에 지배받는 1D와 2D HT-PEMFC 모델을 제작하였으며, 전해질막 전도도에 따른 성능을 분석하였다. 이를통해, 다차원 모델 각각의 특징과 한계를 알아보고자 하였다.