| 학회 | 한국화학공학회 |
| 학술대회 | 2003년 봄 (04/25 ~ 04/26, 순천대학교) |
| 권호 | 9권 1호, p.773 |
| 발표분야 | 에너지/환경 |
| 제목 | 고분자 연료전지의 CFD 전산모사 |
| 초록 | 최근 연료전지의 연구에 있어서 수치해석을 통한 기술을 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 유동해석 기법 중 유한체적법(finite volume method, FVM)을 기본으로 하고 있는 상용 유체전산모사 코드인 FLUENT(ver. 6.0)를 이용하여 실제 연료전지의 실험 결과와 잘 부합되면서도 전산모사 과정이 단순화된 모델을 개발하였다. Fluent는 전기화학반응을 해석할 수 있는 수식을 포함하고 있지 않기 때문에 본 연구에서는 Fluent에서 제공하는 기본 방정식에 몇 가지 source term과 sink term을 추가, 수정하고 전기화학식을 적용한 새로운 subroutine을 만들어 UDF를 이용하여 계산을 수행하였다. 사용된 모델은 전극 면적 25cm2 단위전지로서 산화극과 환원극의 유로, 전극, 촉매층, 고분자 전해질을 모두 포함하는 3차원 모델이며 유로 내 유체이동현상과 MEA에서의 전기화학반응을 해석하였다. 계산 결과는 실제 실험결과와 비교 분석하였고 실제 실험을 통해 얻은 I-V curve와 일치함을 보였다. 또한 환원극 촉매층의 전류분포를 통해 환원극 inlet 부분과 가까운 부분인 전체 전극면적의 약 25%의 면적에서 평균 전류밀도 이상의 전류가 생성됨을 알 수 있었다. 산화극과 환원극의 유로를 따라 생성 소모되는 수소, 산소와 물의 농도분포를 확인하였으며 수소, 산소의 이용률과 가습조건의 변화에 따른 성능변화를 통해 최적의 운전조건을 유추할 수 있었다. |
| 저자 | 김윤장1, 이태희1, 오인환2, 하흥용2, 홍성안2 |
| 소속 | 1연세대, 2한국과학기술(연) |
| 키워드 | 고분자 연료전지; CFD; PEM fuel cell |
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