The enhancement of heat transfer in cooling system of cylindrical lithium-ion battery pack is numerically investigated by installing fins on the cooling plate. Battery Design StudioⓇ software is used for modeling electro-chemical heat generation in the battery and the conjugated heat transfer is analyzed with the commercial package STAR-CCM+. The result shows that installing fins on the cooling plate increases the convective heat transfer on the surface and thus lowers the maximum temperature of the battery pack. As the length and thickness of the fins increase, heat transfer in the battery pack improves. Considering the geometry and airflow of the battery pack, the optimal values for the length and thickness of the fin are both 2mm. As the convective heat transfer coefficient of the surface increases, the maximum temperature of the battery pack is greatly reduced and the temperature gradient is greatly improved.

The effect of flow direction on heat transfer in water cooling channel of lithium-ion battery is numerically investigated. Battery Design StudioⓇ software is used for modeling electro-chemical heat generation in the battery and the conjugated heat transfer is analyzed with the commercial package STAR-CCM+. The result shows that the maximum temperature and temperature difference of battery with Type 1 are the lowest because the heat transfer in the entrance region near the electrode is enhanced. As the inlet velocity is increased, the maximum temperature and temperature difference of battery decreases but the pressure loss increases. The pressure loss in Type 2 channel is the lowest due to the shortest channel length, while the pressure loss with Type 3 or 4 channel is the highest because of the longest channel length. Considering heat transfer performance and pressure loss, Type 1 is the best cooling channel.

The improvement of heat transfer in water cooling passage of lithium-ion battery is numerically studied by employing trapezoidal vortex generators. Battery Design StudioⓇ software is used for modeling electro-chemical heat generation in the battery. The conjugated heat transfer is analyzed with the commercial package STAR-CCM+ in terms of inlet flow velocities. The result shows that vortex generator enhances the convective heat transfer by developing thermal boundary layers and secondary flows in downstream, which results in reducing the average temperature of the battery by about 1℃. The heat transfer is enhanced for the whole inlet velocity, while the pressure loss sharply increases at more than inlet velocity of 0.1m/s. The optimum inlet velocity is around 0.1m/s for in terms of the heat transfer and pressure loss.

본 연구에서는 고분자 전해질막을 구성하고 있는 고분자 주쇄의 반복단위 개수를 변경해 가며 수화채널 모폴로지 와 이온전도도의 변화를 비교하였고, 최종적으로 분자동역학 전산모사 수행 시에 적정한 고분자 모델을 선정하기 위한 기준 을 제시하고자 하였다. 고분자 주쇄의 길이가 가장 짧은 모델에서 주쇄 및 술폰산기의 움직임이 커지는 것을 관찰할 수 있었 지만, 수화채널 모폴로지는 특별한 상관관계를 발견할 수 없었다. 또한, 수화채널 모폴로지에 가장 큰 영향을 받는 수소이온 전달 능력의 특성 상, 수소이온 전도도에서도 고분자 주쇄의 길이와 큰 상관관계를 보이지는 않았다. 이러한 결과는 특히 바 인더용 이오노머 제조에 대한 중요한 정보를 제공한다. 일반적으로 바인더용 이오노머의 경우 고분자 전해질막 소재를 저분 자량으로 합성하여 사용하게 되는데, 이때 주쇄/술폰산기의 움직임이 향상되므로 촉매층을 잘 둘러싸는 역할을 할 수 있는 반면에, 수소이온 전달 능력 자체에 있어서는 특별한 변화가 없을 것을 예상할 수 있다. 결론적으로, 바인더용 이오노머 제조 시에는 수소이온 전달 성능보다는 물성에 좀 더 초점을 맞추어 분자량 및 구조 설계가 필요할 것이다.

고분자 전해질막은 수화상태에서 이온전달채널을 형성하여 연료전지 시스템내에서 수소이온을 전달하는 핵심적인 역할을 한다. 저가습 상태에서는 효과적인 이온전달이 잘 이루어지지 않는 것으로 보고되며, 친수성 및 소수성 영역의 명확한 상분리가 일어나는 불소계 고분자 전해질 막에 비하여, 탄화수소계 고분자 전해질 막에서는 이러한 상분리 현상이 상대적으로 약하게 일어나고, 그 결과로 낮은 수소이온 전도도를 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 낮은 수소이온 전도도를 분자 구조 측면에서 규명하기 위하여, 분자전산모사를 통해 가습 상태 변화에 따른 함수율 조건을 이용하여 고분자 전해질막 모델을 만들고, 이를 서로 비교하여 이온전달 채널의 형성에 어떤 요소들에 영향을 미치는지 규명 하고자 한다.

Isotopes of alkali and alkaline earth metals (AM and AEM) are the main contributors to the heat load and the radiotoxicity of spent fuel (SF) . These components are separated from the SF and dissolved in a molten LiCl in an electrolytic reduction process. A mass transfer model is developed to describe the diffusion behavior of Cs, Sr, and Ba in the SF into the molten salt. The model is an analytical solution of Fick's second law of diffusion for a cylinder which is the shape of a cathode in the electrolytic reduction process. And the model is also applied to depict the concentration profile of the oxygen ion which is produced by the electrolysis of LiO. The regressed diffusion coefficients of the model correlating the experimentally measured data are evaluated to be greater in the order of Ba, Cs, and Sr for the metal ions and the diffusion of the oxygen ion is slower than the metal ions which implies that different mechanisms govern the diffusion of the metal ions and the oxygen ions in a molten LiCl.

감마선이 조사된 세포막 모델에서 음이온의 능동전달특성을 연구하였다. 이 실험에 사용된 세포막 모델은 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4-vinylpyridinium iodide-co-divinylbenzene: MeVP-DVBI)분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인 polysulfone과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다. 첫 번째 조사되지 않은 막에서 OH-, Cl-, Na+의 초기플럭스는 실험조건을 제막의 두께 80-200㎛로 할 때 정비례로 감소하였고, MeVP-DVBI의 농도를 20-80%로 할 때 OH-, Cl-는 지수 값으로 증가하였고 Na+는 지수 값으로 감소하여 음이온(OH-, Cl-)의 능동전달을 증대시키고 NaOH의 농도를 0-0.5mol/L로 할 때 0-2mole/cm2·h로 지수 값으로 증가하였다. 두 번째 조사된 막에서 OH-, Cl-, Na+의 초기플럭스는 대체적으로 조사되지 않은 막과 비교해서 감소하여 음이온의 능동전달이 감소하였는데 이는 방사선조사로 H+이온 농도의 증가를 가져와 음이온의 초기플럭스가 감소하였기 때문으로 생각된다. 조사된 막의 pH의 추진력은 조사되지 않은 막보다 유의성 있께 증가하였고 세포막모델에서 OH-와 Cl-의 능동전달특성이 비정상적이기 때문에 세포장해가 세포에서 발현된다.

감마선이 조사된 세포막 모델에서 K+ 와 Na+의 선택적 전달특성을 연구하였다. 이 실험에 사용된 세포막 모델은 Na+슬폰화 폴리스티렌-디비닐벤젠(polystyrene-divinylbenzene) 혼성 중합막을 사용하였다. 이온의 초기플럭스는 H+이온 농도의 증가와 함께 증가하였다. 이 실험의 조건을 pH 0.5-3, 온도 15-65℃로 하여 첫 번째 조사되지 않은 막의 K+와 K+/Na+의 선택도는 약 1.06 - 1.13이고 두 번째 조사된 막의 K+와 K+/Na+의 선택도는 약 0에 가깝다. 조사된 막의 pH의 추진력은 조사되지 않은 막보다 약 4-5배 정도 유의성 있게 증가하였다. 세포막모델에서 K+ 와 Na+의 선택적 전달특성이 비정상적이기 때문에 세포장해가 세포에서 발현된다.