Hydrogen production by water electrolysis
- Research
Proton exchange membrane fuel cell & water electrolyzer modelingPEM 기반 연료전지 및 수전해기 모델 연구
산업화가 시작된 이후 화석연료의 과도한 사용으로 인한 대기오염과 지구온난화를 줄이기 위해 유력한 대체재로 떠오르는 것이 수소 에너지임.
PEM은 고분자로 이루어진 박막 (Nafion, Dupont Co.)이며, 화학반응이 진행됨에 따라 수소 이온을 통과시키고, 전자는 외부 도선을 따라 반대 전극으로 이동하면서 전류가 흐르게 됨.
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PEM 연료전지
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PEM 수전해기
PEM 기반 기기의 장점은 간단한 구조와 제작방법, 높은 응답성과 공간 효율, 그리고 저온에서 반응하는 특징으로 인해 활용 범위가 넓지만, 낮은 온도에서 구동함에 따른 이상 유동 (Two-phase flow)로 인해 반응물 고갈로 인한 손실이 증가함. 따라서 최적의 반응물 공급량을 제시하는 것이 중요함. 따라서 이를 극복하는 것은 상용화의 주요 열쇠 중 하나임.
PEM 연료전지/수전해기는 분리판, 기체확산층, 촉매층, 전해질 순으로 쌓여있고 반대쪽으로 전해질 막을 기준으로 다시 대칭으로 배열됨. 위의 부품을 MEA (Membrane Electrode Assembly)로 부르는데 양쪽 전극과 전해질을 합한 것을 뜻함. MEA에 분리판까지 체결하면 단위 셀이 되고, 직렬로 이어 스택을 구성함.
주어진 작동 조건 (온도, 압력, 공급물 유량, 구동 전압 등)에서 각 컴포넌트의 특성을 고려하여 단위 셀 내부 방향의 물 분포, 열 전도, 기체 확산 현상을 규명하는 것과 채널방향으로 유동하는 반응물의 온도, 압력, 전류밀도 분포를 도출하여 다각적인 관점에서의 해석을 진행하는 것이 주요 목적임.