| 초록 |
액체 메탄올을 원료로 하는 직접메탄올연료전지(DMFC)에 대한 3차원 모델링을 수행하였다. 액체공급 DMFC 시스템에서는 환원전극에서의 메탄올 산화반응으로 CO2가 생성되고 물과 메탄올의 기화와 응축이 전 운전범위에 걸쳐 일어나므로 기상과 액상을 모두 포함하는 2상 흐름(2-phase flow)을 고려하였으며, 3차원으로 반응물질의 농도변화와 전류밀도 분포를 관찰할 수 있도록 모델링을 수행하였다. DMFC의 성능저하 현상을 규명하기 위해 메탄올 crossover 현상과 이로 인해 산화전극에서 일어나는 혼합 포텐셜(Mixed potential)의 현상을 전산모사 하였고, 또한 CO2의 농도분포를 계산하여 CO2의 양에 따른 연료전지의 성능에 미치는 영향을 예측하였다. 연료인 메탄올 수용액과 공기가 공급되는 유로를 포함하는 환원전극과 산화전극의 Diffusion layer는 전기화학반응은 일어나지 않고 확산 및 전달현상만 일어난다고 가정하였다. Catalyst layer에서는 전기화학반응이 일어나 발생되는 CO2 양과 메탄올 Crossover양을 계산하였고, 전기화학반응은 Butler-Volmer 식을 사용하였다. 모델링은 메탄올의 산화반응과 산소의 환원반응을 중심으로 물질전달 현상을 규명하고, 반응 메커니즘을 구성하였다. 이와 같이 구성된 모델을 바탕으로 메탄올의 농도 및 유량을 변화시켜 CFD 모델링을 수행하였으며, 그 결과 연료전지의 성능에 영향을 주는 성능인자의 분석을 통해 연료전지 시스템의 운전조건을 최적화 할 수 있다. |
