7. 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 성능 실험과 분해조립

목차

1. 실험결과
　1) 모형 연료전지 시스템 실험
　2) 단전지 실험

2. 고찰
　1) 동영상 강의를 보고 느낀 점을 간략하게 쓰시오
　2) 연료전지의 종류와 구조(cathode, anode)에 대하여 조사하시오.
　3) 태양광 발전의 원리와 구조에 대하여 조사하시오.
　4) 광원의 위치를 변화시켰을 경우에 성능의 차이가 나는 이유에 대해 토의하시오.
　5) 연료전지의 효율이 낮아지는 원인과 효율을 높이기 위한 방법에 대해 토의하시오.
　6) 다음 제원의 연료전지의 성능곡선을 그려보시오.
　7) 아래의 성능식을 이용하여 실험에서 얻어진 전류 전압곡선을 Fitting 하시오.

본문내용

일반적으로 다음과 같은 Tafel equation이 실험식으로 많이 사용된다. 여기서 는 Tafel slope이며 는 전극의 교환전류밀도를 의미한다.
- 저항 손실(activation loss) : 고분자 전해막을 통한 수소이온의 전도에서 나타나는 전압손실을 의미한다. 저항 손실은 일반적인 전도체에서의 전압-전류의 관계식인 옴의 법칙으로 표현된다. 여기서 은 고분자 전해막의 전도도로부터 계산되는 저항이다.
- 농도 손실(activation loss) : 전류생산에 따라 수소와 산소의 소모되면서 전극에서의 농도가 낮아지고, 그 결과 기전력이 날아지는 현상이다. 일반적으로 농도 손실은 다음의 실험식의 형태로 표현된다. 여기서 는 농도 손실 계수이고 은 실험적으로 측정된 한계전류(최대전류)이다.
효율을 높이기 위해서는 에너지의 손실을 줄이는 방법을 강구해야 한다. 대표적인 에너지 손실은 위에서 꼽은 활성화, 저항, 농도 손실이 있는데 이와 같은 손실 요소들의 특성을 잘 파악해서 에너지가 손실될 수 있는 요인들을 피해 설계하는 센스를 발휘해야 할 것이다.
6) 다음 제원의 연료전지의 성능곡선을 그려보시오.
Constant
Ballard Mark V(PEMFC at 70oC)
EMF
1.031 V
R
2.45×10-4 kΩ cm2
A
0.03 V
m
2.11×10-5 V
n
8×10-3 cm2mA-1
- 성능식을 이용하여 전압을 구한다.
- I-V 그래프를 작성한다.
- 전류 값은 20~1280까지 20씩 증가하도록 값을 정의한다.
7) 아래의 성능식을 이용하여 실험에서 얻어진 전류 전압곡선을 Fitting 하시오.
EMF : 1.0 V
은 실험에서 결정된 한계전류(Limiting current)로 설정하시오.(엑셀예제파일 참고)
I
V
FIT
error
0.006
0.72
7.21E-01
1.39E-06
0.007
0.71
7.10E-01
7.114E-09
0.032
0.48
4.77E-01
1.096E-05
0.044
0.37
3.72E-01
6.034E-06
0.058
0.24
2.40E-01
2.21E-08
실험값 대입(I,V)
sum error
1.842E-05
최소화 할 값
EMF
I0
IL
R
A
B
1
1.00E-07
0.0581
7.9720072
0.0209646
-0.003073
고정된 값들
해찾기로 구하는 값
IL 값은 A열의 I(전류)값 보다 반드시 크게 설정해야 합니다. 설정하지 않을 시 FIT 값이 오류가 발생됩니다.
I
V
FIT
error
0.006
0.72
7.22E-01
2.62E-06
0.009
0.69
6.91E-01
7.166E-07
0.027
0.54
5.34E-01
4.047E-05
0.039
0.43
4.34E-01
1.921E-05
0.05
0.32
3.20E-01
1.092E-07
실험값 대입(I,V)
sum error
6.312E-05
최소화 할 값
EMF
I0
IL
R
A
B
1
1.00E-07
0.0581
7.9720072
0.0209646
-0.003073
고정된 값들
해찾기로 구하는 값

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