![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0001.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0002.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0003.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0004.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0005.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0006.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-7](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0007.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-8](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0008.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-9](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0009.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-10](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0010.gif)
![[공정실험] 고분자연료전지(PEMFC)-11](http://images.happyhaksul.com/thumb/615/614116-0011.gif)
분야
hwp2.Theory
3.Date & Result
1. I-V 곡선
2. Data 결과분석
2. 전지의 성능에 영향을 미치는 다른 조건들
Discussion
1. 온도와 가습조건에 따른 전지의 성능
2. 전지의 성능에 영향을 미치는 다른 조건들
4.Reference
화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지 중 고분자 전해질 막을 이용하는 PEMFC의 원리와 특징을 이해한다. 특히, Membrane Electrode Assemble (MEA)를 제작하여 보고, 이MEA의 구성 요소 및 역할을 이해하여 고분자 연료전지의 성능을 측정한다.
Theory
ㅇ고분자 연료전지
고분자 전해질 연료전지의 기본구조는 고분자 전해질막을 중심으로 양쪽에 다공질의 연료극(anode)과 공기극(cathode)이 부착되어 있는 형태로 되어 있으며, anode 에서는 연료인 수소의 전기적 산화가, 그리고 cathode 에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나 전기에너지가 발생된다. 이때 각 전극에서의 반응식과 총 반응식은 다음과 같다.
Anode: H2 ↔ 2H+ + 2e- E0 = 0.00V
Cathode: O2 + 4H+ + 4e- ↔ 2H2O E0 = 1.23V
Overall reaction: H2 + 1/2 O2 → H2O E0 = 1.23V
고분자를 전해질로 사용하는 연료전지이며, 100℃ 이하에서 운전되며, 주로 사용되는 운전온도는 상온에서 80℃ 정도이다. 연료전지 자동차에 적용될 경우 영하의 온도에서도 시동이 가능하도록 제작되고 있다.
ㅇ연료전지의 구성 (막 전극 접합체, Membrane Electrode Assembly, MEA)
전극과 막이 일체형으로 접합된 상태를 말하며, 촉매 코팅 막(Catalyst Coated Membrane, CCM)으로도 불린다. 연료전지에서 실제 전기화학 반응이 발생하는 부분으로 연료전지의 성능을 좌우한다. 막 전극 접합체의 가장 중요한 기술적 지표는 단위면적당 출력성능 및 내구성이다.
막 전극 접합체는 다양하게 형태로 제조되고 있으며, 그 구성 층의 수에 따라 3, 5, 7 layer MEA라 한다. 3 layer MEA는 막과 연료극 및 공기극 촉매로만 접합된 상태이며, 5 layer MEA는 3 layer MEA에 탄소종이나 탄소천과 같은 전극 지지체를 덧붙인 경우이다. 이러한 다공성 지지체가 있는 부분을 기체 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)이라고 한다. 막 전극 접합체로 연료전지 스택을 제조할 때 분리판과의 접촉부분에서 기체 혹은 액체의 누설을 방지하기 위해 가스켓을 필요로 하게 되며, 이 가스켓을 막 전극 접합체에 일체화 시킨 것을 7 layer MEA라고 한다.
위 그림은 단위 전지(Unit Cell)와 그 내부에 있는 MEA를 확대한 모식도이며, 모식도에서 전해질 막과 연료극, 공기극 촉매층을 합하여 3 layer라 하고, Backing layer라고 되어 있는 기체 확산층을 합하게 되면 5 layer가 된다.
