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수소전기차와 발전을 시작으로 수소연료전지 시장이 성장하면서 연료전지와 수소의 수요가 증가하고 있으므로, 조기 상용화와 시장 활성화를 위하여 연료전지의 내구성과 연료 이용효율에 관한 연구가 진행되어야 한다. 본 연구에서는 연료전지의 성능과 연료 이용효율을 최적화하기 위하여 양극 닫힌계의 운전조건에 대한 연구를 수행하였다. 부하 전류에 대한 배출 조건과 수소 공급 압력이 고분자전해질 연료전지의 성능에 미치는 영향에 대하여 평가하였고, 전해질막 두께에 대한 물의 역확산 영향을 분석하였다. 양극 닫힌계에서 수소극에 쌓인 물은 연료전지 전압이 3% 감소한 경우에 솔레노이드 밸브를 열어 배출하였다. 수소 공급 압력은 0.1~0.5 bar, 배출 시간은 0.1~1 s까지 변화시키면서 실험을 수행하였다. NR 211 (25.4 um) 전해질막의 경우 0.1 bar의 수소 공급 압력과 0.1 s 배출 시간 조건에서 수소 이용효율 98.9%의 가장 높은 연료 이용효율을 보였지만 잦은 flooding으로 인하여 장시간 운전 시 연료전지의 성능이 감소하였다. 이에 반해 NR 212 (50.8 um)의 전해질막에서 생성된 물과 질소의 역확산 속도를 늦추어 배출 간격을 늘리고 연료 이용효율을 높일 수 있었다.
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Y. Y. Wang / 2011 / A review of polymer electrolyte membrane fuel cells:Technology, applications, and needs on fundamental research / Appl. Energy 88:981~1007
O. Z. Sharaf / 2014 / An overview of fuel cell technology : Fundamentals and applications / Renew. Sustain. Energy Rev 32:810~853
T. Wilberforce / 2016 / Advances in stationary and portable fuel cell applications / Int. J. Hydrogen Energy 41:16509~16522
L. Xiong / 2005 / High performance membrane-electrode assemblies with ultra-low Pt loading for proton exchange membrane fuel cell / Electrochim. Acta 50:3200~3204
T. Kitahara / 2010 / Microporous layer coated gas diffusion layers for enhanced performance of polymer electrolyte fuel cells / J. Power Sources 195:2202~2211
O. Z. Sharaf / 2014 / An overview of fuel cell technology : Fundamentals and applications / Renew. Sustain. Energy Rev 32:810~853
T. Wilberforce / 2016 / Advances in stationary and portable fuel cell applications / Int. J. Hydrogen Energy 41:16509~16522
L. Xiong / 2005 / High performance membrane-electrode assemblies with ultra-low Pt loading for proton exchange membrane fuel cell / Electrochim. Acta 50:3200~3204
T. Kitahara / 2010 / Microporous layer coated gas diffusion layers for enhanced performance of polymer electrolyte fuel cells / J. Power Sources 195:2202~2211
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