Abstract
The performance characteristics of the polymer electrolyte fuel cells (PEFCS) were investigated under various humidification conditions at steady-state and transient conditions. The PEFC studied in this study was characterized by I-V curves in the potentiostatic mode and EIS (electrochemical impedance spectroscopy). The I-V curves representing steady-state performance were obtained from OCV to 0.25 V, and the dynamic performance responses were obtained at some voltages. The effects of anodic external humidification were measured by varying relative humidity of hydrogen from 20% to 100% while dry air was supplied in the cathode. At the high voltage region, the performance became higher with the increase of the temperature, while at the low voltage region, the performance decreased with the increase of temperature. The EIS showed that ohmic losses were larger at the dry condition of membrane and the effects of mass transport losses increased remarkably when the external and self-humidification were high. The dynamic responses were also monitored by changing the voltage of the PEFC instantly. As the temperature increased, the current reached steady-state earlier. The self-humidification with the generated water delayed the stabilization of the current except for low voltage conditions.
본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 가습조건의 변화에 따른 정상상태 및 비정상상태 운전특성을 살펴보았다. 전압을 OCV에서 0.25 V까지 변화시키면서 PEFC 연료전지의 정상상태 성능을 정전압 모드에서 측정하여 전류-전압 곡선에 나타내어 고찰하였다. 또한, 일부 전압조건에서 연료전지의 비정상상태 성능변화를 측정하였다. 수소극 가습에 따른 성능을 평가하기 위하여 공기극은 건조공기를 공급한 상태에서 수소극에 공급되는 수소의 습도를 20%에서 100%로 변화시키면서 연료전지의 성능을 측정하였다. 일반적으로 고전압 영역에서는 높은 작동온도가 높은 성능을 나타내고 있으나, 저전압 영역에서는 낮은 작동온도가 높은 성능을 나타내었다. 임피던스 측정을 통하여 건조한 전해질막 조건에서 ohmic 손실이 커지며 외부가습과 자체가습량이 커지면 저주파수 영역에서 물질전달손실 효과가 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 전압을 감소시킨 후 전류의 시간에 따른 변화를 고찰하여 연료전지 시스템의 동적특성을 고찰하였다. 전압을 감소시킨 경우, 작동온도의 상승에 따라서 정상상태에 도달하는 시간이 줄어들었으며, 저전압 영역을 제외하면 생성된 물에 의한 자체가습은 정상상태 도달시간을 지연시키는 효과를 가져왔다.
