[A+]수소연료전지(PEMFC) 평가 결과레포트

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1. PEMFC 평가

이번 실험은 PEMFC Cell의 구성 요소에 대한 이해를 바탕으로 Cell을 조립하여 측정 장비를 통해 성능을 측정하고, 측정된 데이터 값을 통해 Cell을 개선하는 방법에 대해 논의해 보는 것이 목적이다. PEMFC의 성능 측정을 통한 데이터 값을 통해 분극 곡선을 그려보고, 분극 곡선을 통한 전기화학적 의미를 알아보고자 한다.
2. 분극 곡선 분석

PEMFC의 성능 측정을 통한 데이터 분석값들을 통해 분극 곡선을 그려보면 크게 3가지 구간에서 전압손실이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 첫 번째는 Activation polarization(활성화 분극)으로 인한 Activation loss, 두 번째는 Ohmic polarization(저항 분극)으로 인한 Ohmic loss, 마지막으로 Concentration polarization(농도 분극)으로 인한 Concentration loss가 발생한다. 이러한 손실을 최소화하기 위한 방법들을 논의한다.
3. PEMFC 구성 요소

PEMFC cell의 경우 가운데에 MEA(Membrane electrode assembly)를 기준으로 좌우 대칭의 형태를 띠고 있다. MEA는 Catalyst layer, Gas Diffusion Layer, Membrane으로 구성되어 있으며, 그 외에도 Gasket, Polar plate, Current collector, End plate 등의 구성 요소가 있다. 각 구성 요소의 역할과 특징에 대해 설명한다.
4. PEMFC 성능 측정 장비

PEMFC의 성능을 측정하기 위해서는 PEMFC용 Test Station이라는 장비가 필요하다. Test Station에는 습도 조절 기능의 Humidifier, 전압/전류 제어 기능의 Electric load, 온도계, 가스 유량 조절계 등이 포함되어 있다. 특히 Anode Purge와 Cathode Purge 기능을 통해 실험 종료 후 Cell 내에 남아있는 H2와 O2를 제거할 수 있다는 점이 인상 깊었다.
5. IV 곡선 분석

IV 곡선을 통해 해당 Cell이 낼 수 있는 최대출력과 이를 위해 필요한 Current Density와 Voltage 값을 확인할 수 있다. 또한 IV 곡선의 형태를 통해 분극 곡선의 3가지 손실 구간을 분석할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. PEMFC 평가

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 평가는 연료전지 기술 개발에 있어 매우 중요한 부분입니다. PEMFC의 성능, 내구성, 안전성 등을 종합적으로 평가하여 연료전지 시스템의 실용화를 위한 기술적 과제를 도출하고 해결책을 마련하는 것이 필요합니다. PEMFC 평가에는 전기화학적 특성 분석, 열 및 물 관리 특성 분석, 내구성 평가 등 다양한 측정 기법이 활용되며, 이를 통해 PEMFC의 핵심 성능 지표를 정량화할 수 있습니다. 또한 PEMFC 구성 요소 및 스택 단위의 평가를 통해 성능 향상을 위한 최적화 방안을 도출할 수 있습니다. 이러한 PEMFC 평가 기술은 연료전지 기술 발전의 핵심이 될 것으로 기대됩니다.
2. 분극 곡선 분석

분극 곡선 분석은 PEMFC의 성능을 평가하는 대표적인 방법입니다. 분극 곡선은 PEMFC의 전압-전류 특성을 나타내며, 이를 통해 활성화 손실, 옴 손실, 농도 손실 등 PEMFC의 주요 손실 요인을 파악할 수 있습니다. 분극 곡선 분석을 통해 PEMFC의 최대 출력 밀도, 효율, 내구성 등을 평가할 수 있으며, 이를 바탕으로 PEMFC 성능 향상을 위한 설계 및 운전 조건 최적화가 가능합니다. 또한 분극 곡선 분석은 PEMFC 구성 요소 및 스택 단위의 성능 평가에도 활용되어, 핵심 부품 기술 개발 및 시스템 통합 과정에서 중요한 역할을 합니다. 따라서 분극 곡선 분석은 PEMFC 기술 발전을 위한 필수적인 평가 기법이라고 할 수 있습니다.
3. PEMFC 구성 요소

PEMFC는 전해질막, 전극, 분리판, 가스 확산층, 기체 확산층 등 다양한 구성 요소로 이루어져 있습니다. 각 구성 요소는 PEMFC의 성능과 내구성에 중요한 영향을 미치므로, 이들 요소의 최적 설계와 제조 기술 개발이 필수적입니다. 전해질막은 수소 이온 전도성과 전기 절연성, 내구성 등이 중요하며, 전극은 촉매 활성과 가스 확산 특성이 중요합니다. 분리판은 전기 전도성, 기계적 강도, 내식성 등이 요구되며, 가스 확산층과 기체 확산층은 기체 및 액체 수송 특성이 중요합니다. 이러한 PEMFC 구성 요소의 최적화를 통해 PEMFC 시스템의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있습니다.
4. PEMFC 성능 측정 장비

PEMFC 성능 측정을 위해서는 다양한 장비가 필요합니다. 대표적인 장비로는 전기화학 분석기, 온도/습도 제어기, 유량계, 압력계, 열전대 등이 있습니다. 이를 통해 PEMFC의 전압-전류 특성, 전력 밀도, 효율, 내구성 등을 평가할 수 있습니다. 또한 PEMFC 구성 요소 단위의 성능 평가를 위해서는 전기화학 분석기, 가스 크로마토그래프, 전자 현미경 등의 장비가 활용됩니다. 이러한 PEMFC 성능 측정 장비는 연료전지 기술 개발의 핵심이 되며, 측정 정확도와 신뢰성 확보가 매우 중요합니다. 따라서 PEMFC 성능 측정 장비의 지속적인 개선과 표준화 작업이 필요할 것으로 보입니다.
5. IV 곡선 분석

IV(전압-전류) 곡선 분석은 PEMFC의 성능을 평가하는 대표적인 방법 중 하나입니다. IV 곡선은 PEMFC의 전압과 전류의 관계를 나타내며, 이를 통해 PEMFC의 최대 출력 밀도, 효율, 내구성 등을 평가할 수 있습니다. IV 곡선 분석을 통해 PEMFC의 활성화 손실, 옴 손실, 농도 손실 등 주요 손실 요인을 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 PEMFC 성능 향상을 위한 설계 및 운전 조건 최적화가 가능합니다. 또한 IV 곡선 분석은 PEMFC 구성 요소 및 스택 단위의 성능 평가에도 활용되어, 핵심 부품 기술 개발 및 시스템 통합 과정에서 중요한 역할을 합니다. 따라서 IV 곡선 분석은 PEMFC 기술 발전을 위한 필수적인 평가 기법이라고 할 수 있습니다.

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