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고온 고분자 전해질막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 CO 내 성이 높고 물 관리가 용이하다는 장점이 있다. 그러나 높은 온도에서의 작동으로 막의 손상이 쉬우며, 이로 인한 재구매 비용 을 결코 무시할 수 없어 반복 실험에 제약이 따른다는 단점이 있다. 이런 단점을 해결하기 위해, 여러 물리적 현상 간 상호작 용을 정밀하게 계산할 수 있는 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 실제 셀의 성능을 예측하는 연 구에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만, HT-PEMFC를 비롯한 여러 연료전지 모델을 모사하는 논문에서는 다차원 모델에 대한 분석이 많이 보고되지 않아 어떤 모델이 실제와 적합한지 알기 힘들다. 따라서, 본 연구에서는 CFD를 활용하여 Butler –Volmer 방정식에 지배받는 1D와 2D HT-PEMFC 모델을 제작하였으며, 전해질막 전도도에 따른 성능을 분석하였다. 이를 통해, 다차원 모델 각각의 특징과 한계를 알아보고자 하였다.
The high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell has the advantage of high CO resistance and easy water management. However, it has the disadvantage that repeated experiments are limited because the membrane is easily damaged by operating at high temperatures, and the repurchase cost cannot be ignored. In order to solve these shortcomings, there is an increasing interest in research predicting the performance of actual cells using computational fluid dynamics (CFD), which can accurately calculate the interaction between various physical phenomena. However, it is difficult to know which model is suitable for reality because there are not many reports of analysis of multidimensional models in papers simulating several fuel cell models including HT-PEMFC. Therefore, in this study, 1D and 2D HT-PEMFC models dominated by the Butler–Volmer equation were produced using CFD, and the performance according to the electrolyte membrane conductivity was analyzed. Through this, we tried to find out the characteristics and limitations of each multidimensional model.
Abstract
1. 서 론
2. 수치해석 모델링
2.1. 모델제작
2.2. 모델 가정
2.3. 지배방정식
2.4. 화학종 보존식
2.5. 전기화학식
3. 결과 및 고찰
3.1. 1D 모델 결과
3.2. 2D 모델 결과
3.3. 공급 유량의 영향
4. 결 론
감 사
Reference
