최근 기후변화와 화석연료 고갈 문제로 지속 가능하고 환경 친화적인 기술이 필수적으로 여겨진다. 이러한 이유 에서 탄소를 배출하지 않고 에너지를 생산하는 기술인 연료전지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그중 에너지 효율이 높은 수소이온 교환막 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 이를 구성하는 소재인 Pt/C 촉매가 매우 고가이기 때문에 trial and error 기반 반복 실험을 수행하기에는 경제적으로 부담이 크다는 한계가 있다. 이를 보완하고자, 컴퓨터를 통 해 성능을 분석하는 지배 방정식 기반 다중물리 시뮬레이션 연구가 활발히 진행되고 있다. 다중물리 시뮬레이션은 1차원 (one-dimensional, 1D)부터 3차원(three-dimensional, 3D)까지 해석이 가능하지만, 각 차원의 한계가 명확하기 때문에, 이에 대 한 규명이 필요하다. 본 연구 그룹에서는 사전 연구를　통해　고온 수소이온 교환막 연료전지 기반 1D 및 2D에 대한 해석을 수행하였으며, 2D에서 유량 최적화가 가능하다는 것을 규명하였다. 본 연구에서는, 이를 확장하여 고온 수소이온 교환막 연 료전지 기반 3D 모델을 제작하고, 2D와의 차이를 보고자 한다.

Recently, sustainable and eco-friendly technologies have become essential due to climate change and the depletion of fossil fuels. For this reason, interest in fuel cells, a technology that produces energy without emitting carbon, is increasing, and among them, research on proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with high energy efficiency is actively underway. However, there is a limitation in that conducting trial-and-error-based repetitive experiments is economically burdensome because the Pt/C catalyst, which constitutes these cells, is very expensive. To address this, research on governing equation-based multiphysics simulations, which analyze performance using computers, is actively being conducted. While multiphysics simulations can be performed from one dimension (1D) to three dimension (3D), the limitations of each dimension are clear, requiring clarification. Through preliminary research, our research group performed 1D and 2D analyses based on high-temperature proton exchange membrane fuel cell and demonstrated that flow rate optimization is possible in 2D. In this study, we extend this to fabricate a 3D model based on a high-temperature proton exchange membrane fuel cell and examine the differences from the 2D model.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 전산유체역학 모델링
    2.1. 3D HT-PEMFC 제작
    2.2. 모델 가정
    2.3. 지배 방정식
    2.4. 전기화학식
    2.5 화학종 보존식
    2.6. Mesh independence test
3. 결과 및 고찰
    3.1. Mesh independence test
    3.2. I-V curve
    3.3. Mole fraction
    3.4. Membrane current density
4. 결 론
감 사
Reference

• 조형욱(경상국립대학교 에너지공학과) | Hyeong Uk Cho (Department of Energy Engineering, Gyeongsang National University, Gyeongnam 52725, Republic of Korea)
• 박치훈(경상국립대학교 에너지공학과, 경상국립대학교 에너지시스템공학과) | Chi Hoon Park (Department of Energy Engineering, Gyeongsang National University, Gyeongnam 52725, Republic of Korea, Department of Energy System Engineering, Gyeongsang National University, Gyeongnam 52725, Republic of Korea) Corresponding author
• 정재운(경상국립대학교 에너지시스템공학과) | Jae Un Jeong (Department of Energy System Engineering, Gyeongsang National University, Gyeongnam 52725, Republic of Korea)