미세다공층과 기체확산층의 두께 비율에 따른 PEMFC 성능 변화에 대한 수치해석적 연구 = Numerical study on the effect of the thickness ratio of microporous layer and gas diffusion layer in PEMFC

국문 초록 (Abstract)

미세다공층과 기체확산층의 두께 비율에 따른 PEMFC 성능 변화에 대한 수치해석적 연구 단국대학교 일반대학원 기계공학과 열유체전공 송 동 근 지도교수： 조 구 영 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 는 낮은 작동온도, 높은 출력 및 효율 등의 장점을 가진 차세대 친환경 동력 원이다. PEMFC의 성능과 내구성을 높이기 위해서는 적절한 물관리가 필수 적이다. 미세다공층(microporous layer, MPL)은 일반적으로 PEMFC의 물관리 를 위해 기체확산층(gas diffusion layer, GDL)에 추가로 적용된다. MPL의 물 리적 특성은 PEMFC의 성능에 많은 영향을 미친다. 본 논문에서는 다양한 작동조건에 따라 MPL과 GDL의 두께 비율이 PEMFC 성능에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 전체 다공성 층의 두께를 일정하게 유지하며 MPL의 두께가 얇은 경우와 두꺼운 경우에 대해 전산유체역학 (computational fluid dynamics) 시뮬레이션을 진행하고 결과를 비교하였다. 상압 고습도 조건에서 얇은 MPL은 물질 전달 손실(mass transfer loss)을 감 소시켜 가장 좋은 성능을 보였다. 하지만 상압 저습도 조건에서는 MPL이 두 꺼울 때 전해질의 높은 이온 전도도가 유지되어 좋은 성능이 나타났다. 가압 조건에서는 습도 조건에 무관하게 MPL이 얇은 경우에 가장 좋은 성능을 보 였다. 주제어: 고분자 전해질 연료전지, 전산유체역학, 기체확산층, 미세다공층, 물질전달손실

목차 (Table of Contents)

• 국문초록ⅰ
• 감사의 글·ⅱ
• 목 차ⅲ
• List of Tables ⅳ
• List of Figures ⅴ
• Nomenclatures ⅶ
• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 선행 연구· 3
• 1.3 연구 목적· 5
• Ⅱ. 수치해석 모델링 6
• 2.1 모델 형상 및 가정 6
• 2.2 지배방정식 8
• 2.3 타당성 검증· 19
• 2.4 모델 시뮬레이션 및 경계조건 21
• 2.5 해석 조건 22
• Ⅲ. 결과 및 고찰 23
• 3.1 상압 고습도 조건 · 23
• 3.2 상압 저습도 조건 · 28
• 3.3 가압 조건 32
• Ⅳ. 결론 · 39
• 참고문헌· 41
• Abstract · 48