고분자 전해질막 연료 전지에서 분리판 제거와 상대습도에 따른 성능 변화 연구

국문 초록 (Abstract)

고분자 전해질막 연료 전지(PEMFCs)는 다른 연료 전지에 비해 낮은 작동 온도, 높은 전류 및 전력 밀도, 짧은 시동 시간으로 인해 운송 및 발전에 광범위하게 사용될 수 있다. 분리판은 반응 가스를 공급하고 생성된 물을 제거하는 연료 전지 스택의 중요한 구성 요소이다. 또한 스택 전체 가격의 20%를 차지하기 때문에 원가 절감을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화극과 환원극의 분리판을 각각 제거하여 상대 습도에 따른 성능 변화를 기준 셀과 비교했다. 각각의 경우에 분극곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 측정하였고, 연료전지의 활성화, 저항, 농도 손실로 성능 경향을 분석하였다. 그 결과, 환원극 분리판을 제거하면 100% 가습 조건에서 기준 셀보다 50% 이상 성능이 향상됐다. 또한, 기존의 PEMFC 에서는 가습이 환원극에 미치는 영향이 우세하였으나 환원극 분리판을 제거하면 반대로 산화극의 가습이 더 중요하게 된다. 이는 환원극 분리판 제거 시 공기의 가습이 중요하지 않게 됨과 함께 원가 절감에 대한 장점이 있다. 반대로 산화극 분리판을 제거했을 경우 기존 PEMFC 성능의 약 20% 미만으로 증가하였고, 가습의 경향성이 동일했다. 이를 통해 환원극 분리판을 제거하는 것이 산화극 분리판을 제거하는 것 보다 성능 증가의 큰 영향을 주었고, 공기 가습의 영향이 줄어드는 것을 확인했다.