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HWAHAK KONGHAK, Vol.33, No.2, 157-164, April, 1995
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운전 조건에 따른 고분자 전해질형 연료전지의 전지 성능
Cell Performances of Proton Exchange Membrane Fuel Cell as to Operation Conditions
노용우, 조원일, 고영태, 이진흥, 목영일
초록
고분자 전해질형 연료전지에서 전극/고분자막의 접합체 제조기법, 전극/고분자막 재료에 따른 전지 성능의 영향 및 온도, 압력, 반응 가스의 가습 조건 등과 같은 운전 조건에 따른 전지 성능의 영향에 관하여 고찰하였다. 고분자 전해질형 연료전지의 성능은 접합체 구성 재료 중 고분자 막의 특성에 크게 의존하며 가습 조건은 산소쪽은 단위전지의 온도보다 약 5℃정도, 수소쪽은 10℃정도 높게 유지하는 것이 최적의 조건임을 알 수 있었다. 또한 전지 작동 온도에 따른 전지 성능은 70℃ 이하에서는 온도 증가에 따라 반응 활성도 증가하나, 운전 압력이 1기압일 경우 70℃이상에서는 전지 온도 상승에 의한 활성의 증가를 볼 수 없었다. 이것은 전지온도를 상승시킬 경우 물의 포화 증기압도 올라가 이에 따른 반응가습의 농도가 낮아지기 때문으로 생각된다. 작동 압력이 2기압이상인 경우에는, 물의 포화 증기압이 전체 반응 가스의 농도에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었으며 결과적으로 온도 상승에 따른 활성의 증가가 90℃까지 계속되었다. 일정한 온도에서 전지의 성능은 작동 압력이 증가할수록 이에 비례하여 증가함을 알 수 있었다.
The performance of proton exchange membrane fuel cell was investigated to optimize the fabrication method of membrane/electrode assembly, and to find appropriate operation conditions such as pressure, temperature and inlet gas humidification, It is the membrane electrolyte that has decisive effect on the cell performance. The optimum condition for humidification could be found by varying the inlet gas temperatures. Gas temperature 5℃ for oxygen and 10℃ for hydrogen higher than that of cell temperature was found to the optimum humidification condition irrespective of the cell temperature. Increase in temperature and/or pressure generally resulted in enhanced cell performance. The cell performance operated at 1 atm, however, exhibited an interesting temperature dependence. Enhanced performance with increasing temperature was observed up to 70℃, whereas cell temperature showed no appreciable effect on the cell performance above 70℃. This observation might be attributed to the increased vapor pressure, with increasing temperature, which dilutes inlet gas composition. Cells operated at higher pressure did not show this behavior where the effect of increased vapor pressure becomes relatively insignificant.
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