금속 폼 압축이 고분자전해질 연료전지의 성능에 미치는 영향

금속폼 압축이 고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 영향. 그러나 대부분의 연구에서는 금속폼 압축이 연료전지 성능에 미치는 영향을 고려하지 않습니다. 따라서 본 연구에서는 금속폼의 압축비가 성능에 미치는 영향에 대한 실험을 수행하였다.

서론

연료전지의 필요성

그는 [8] 흐름 경로의 형상을 파동 형태로 함으로써 촉매층으로의 반응물의 확산이 증가한다고 보고하였다. 반응물 거동에 미치는 영향을 조사하기 위해 전산 분석을 수행했습니다. Azarafza[12]는 전산유체역학을 위한 유동장을 구불구불한 형태, 평행한 형태, 맞물린 형태, 블록 형태, 금속폼 형태의 흐름 경로 형태로 설계하여 흐름 형태의 영향을 분석하였다.

Figure 1. Schematic of a PEMFC and stack components[2].

이는 고려되지 않았으며 성능에 미치는 영향은 구체적으로 입증되지 않았습니다. 따라서 본 연구에서는 기존 연료전지 분리판을 대체하는 금속폼을 기계적으로 압축할 때 압축비가 연료전지 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 실험으로 확인할 수 없는 연료 내부 흐름을 컴퓨터 분석 소프트웨어를 이용하여 폼 금속의 기공 특성을 나타내는 매개변수와 비교하여 분석하였다.

Figure 2. Two types of flow distributors in PEMFC. (a) Conventional serpentine and (b) copper foam

실험

• 금속 폼 압축에 대한 성능 변화
• 금속 폼의 애노드 및 캐소드 적용 비교
• 연료전지 분극 곡선 비교
• 반응물 분배 장치에 걸리는 압력의 영향 1. 반응물 분배 장치의 압력 손실
• 사형 구조의 가압과 구리 폼과의 비교
• 반응물 분배 장치의 전산 해석
• 구리 폼 압축에 대한 해석 매개변수 적용
• 유로 형태에 대한 입자 체류 시간 분석

연료전지의 고전류밀도 영역에서 사포 구조의 분극 곡선과 달리, 구리 폼을 적용한 연료전지의 전압 프로파일은 고전류 밀도 영역에서 물질 전달 저항으로 인해 급격한 전압 강하를 나타내지 않았습니다. S1은 구리 폼 샘플 중 가장 낮은 성능을 나타냈습니다. S2와 S3의 전압 프로파일과 비교하여 저전류밀도-중전류밀도 영역을 연결하는 그래프의 기울기는 중전류밀도 영역의 오믹 저항에 기인한 것으로 나타났다. S2와 S3보다 더 가파른 것을 볼 수 있습니다.

분극 곡선을 통해 양극에 적용된 금속 폼은 기존 사포 구조 분리막에 비해 물질 전달 저항이 낮고, 고전류 밀도 영역에서 전압 손실이 크지 않음을 확인하였다. 전류밀도가 낮은 영역에서는 촉매의 활성화 반응에 의한 것이다. 따라서 내부 통로에 가해지는 압력은 낮은 전류 밀도에서 전압 손실을 완화할 수 있으나 압력과 정비례하지는 않음을 확인하였다.

이전 결과를 바탕으로 연료전지의 오믹 저항은 전류 경로의 형태에 관계없이 내부에 가해지는 압력이 증가함에 따라 중간 전류밀도 영역에서 감소한다는 결론을 내릴 수 있다. 또한 연료전지에서 반응물 분배장치로 금속폼을 사용한 경우 모래형 구조에 비해 전하 전달 손실과 물질 전달 저항이 낮아 반응물 분배 장치의 압력과 형상이 영향을 미친 것으로 판단된다. 지배적인 효과가 있었습니다.효과. 따라서 중간 전류 밀도 영역에서 오믹 저항으로 인한 전압 손실은 압축률이 높고 내부 압력이 증가한 금속 폼을 사용하여 해결할 수 있습니다.

그러나 고전류밀도 영역에서 물질 전달 저항으로 인한 전압 손실은 유로 구조의 차이로 인한 성능 차이로 인한 것으로 판단할 수 있다. 이전 섹션에서는 구리 폼 및 모래-모래 구조에 대한 성능 평가를 수행했습니다. 기존 분석에서 연료전지의 전기화학적 반응을 통한 공기 소비량을 계산하지 못한 점을 고려하면, 샌드페이퍼 구조의 물질 전달 저항이 금속 폼에 비해 크기 때문에 결국 고전류 밀도 영역에서 급격한 전압 손실이 발생하게 된다. 할수있다.

Figure 8. Polarization curve with copper foam.

결론

장치의 압력차 경향과 분극곡선을 비교한 결과, 저전류밀도와 중전류밀도 영역의 전압강하는 압력과 관련이 있는 것으로 판단되었으며, 사포구조체의 내부압력은 1bar로 가압하였다. 가져온 압력을 통해. 압력 조절기. 더 높은 전류 밀도 영역에서 가압된 사포 구조의 물질 전달 저항이 두드러졌습니다. 무가압 사포구조에 비해 물질 전달 저항은 낮으나, S3와 동일한 압력을 가하여 구리폼의 높은 전류밀도를 얻을 수 있었다. 이 분야에서는 높은 성과를 따라잡지 못했습니다. 따라서 높은 전류밀도에서 지배적인 물질 전달 저항은 전류 경로의 형태에 의해 크게 영향을 받는 것으로 해석되었다.

유동 경로 내 공기 입자의 거동을 분석하기 위해 컴퓨터 분석도 수행되었습니다. 구리폼 압력 데이터로부터 계산된 관성저항과 점성저항 분석 매개변수를 구리폼 분석 영역 매개변수에 적용하였습니다. 압축비에 따른 압력분포를 분석한 결과, 압력분포는 실제 실험데이터와 큰 오차를 나타내지 않았으나, 유동경로를 통과하는 입자의 경로와 시간은 압축과 무관하게 계산되었다. 비율.

따라서 단순유로의 형태에 따른 입자의 위치를 ​​시간적으로 비교하였다. 좀 더 자세한 비교를 위해 공급된 입자의 50%가 빠져나오는 데 걸리는 시간을 비교했습니다. 실험 결과, 고전류밀도 영역에서의 물질 전달 저항은 유로의 형태에 크게 영향을 받는 것으로 판단되었다.

참고문헌

Hydrogen Energy, 37 (2012) 13060