표제지

제출문

요약문

SUMMARY

CONTENTS

목차

I. MEA 핵심 기술 개발 42

제1장 MEA 성능 최적화 44

제1절 서론 44

제2절 본론 46

1. MEA 제조 46

가. 전극용 슬러리 제조 공정 46

나. 슬러리 코팅 공정 46

다. 전사 공정 47

2. MEA 특성평가 48

가. 단위 셀 성능 평가 48

나. MEA 특성분석 48

3. MEA 성능 최적화 49

가. 셀 온도 영향 49

나. GDL 영향 51

다. 백금 담지량 영향 52

라. CNT 첨가 영향 59

마. 입도 영향 60

바. 성능 최적화 및 내구성 평가 62

제3절 결론 63

제2장 MEA 연속제조 설비 구축 64

제1절 롤 코터 64

1. 개요 64

2. 제원 65

3. 작업 공정 67

제2절 롤 라미네이터 67

1. 개요 67

2. 제원 68

3. 설치 70

4. 작업 공정 71

II. 고 내구성 백금 담지 CNT 촉매 개발 72

제1장 서론 74

제1절 연구 배경 74

제2절 고분자 전해질 연료전지용 전극 촉매 개발 75

1. 연료전지 개발의 중요성 및 고분자 전해질 연료전지 75

2. 전극 촉매 개발 연구의 중요성 75

3. 전극 촉매 개발의 기술적 장애요인 77

4. 전극 재료로서의 탄소나노튜브 77

제2장 실험 79

제1절 실험 재료 79

제2절 실험 방법 79

1. 화학기상증착법에 의한 백금담지 탄소나노튜브 제조 79

가. 탄소나노튜브 제조 및 화학기상증착 장치 제작 79

나. 전극 표면에서 탄소나노튜브의 합성 80

다. 화학기상증착법에 의한 백금 촉매 담지 82

라. 모델촉매의 제조(함침법) 82

2. 표면 분석 82

제3장 실험결과 및 토의 83

제1절 화학기상증착법에 의한 탄소나노튜브 전극 제조 83

1. 탄소 종이 표면에 니켈 촉매 담지 83

2. 탄소 종이 표면에서 탄소나노튜브 성장 83

3. 탄소나노튜브 전극에 백금 촉매 담지 85

제2절 탄소나노튜브 전극의 표면특성분석 및 전기적 활성 측정 87

1. 탄소나노튜브 전극의 촉매 활성점 측정 87

2. 백금담지 탄소나노튜브 전극의 전기적 활성 측정 87

3. 전자현미경 분석 결과 90

제4장 결론 및 향후 계획 93

참고문헌 94

III. 고성능 장수명 스택설계 및 제작 기술개발 96

제1장 서론 98

제2장 본론 100

제1절 연료전지 전산 모사를 위한 수치해석 기법 100

1. 지배방정식 100

2. 혼합기체의 물성치 102

3. 지배방정식의 생성 항 102

가. 운동량 방정식 102

나. 화학종 방정식 104

다. 에너지 방정식 104

4. 전해질 막 모델 105

5. 경계조건 및 수치해석 기법 106

제2절 냉각수의 열전달이 연료전지 성능에 미치는 효과 108

제3절 연료전지 스택 제작 및 실험 117

1. 연료전지 스택 설계 117

2. 연료전지 스택 단품 설계 118

가. 분리판 설계 118

나. 엔드판 설계 123

다. 가스켓 설계 124

3. 단위전지 및 스택 제작 125

가. 성능 평가 125

나. 스택 모듈 제작 126

제3장 결론 130

IV. 연료전지 하이브리드 버스 통합 시스템 연구 132

제1장 서론 134

제2장 본론 136

제1절 연료전지 하이브리드 미니버스의 구성과 성능 136

제2절 연료전지 하이브리드 버스 운전 실증 자료 확보 139

제3장 결론 145

V. 고분자 연료전지용 금속 분리판 개발 146

제1장 서론 148

제2장 이론적 고찰 151

제1절 질화 151

1. 질화(窒化)의 원리 151

2. 질화처리의 목적 151

3. 질화처리방법의 종류 152

제2절 전기영동증착법(Electrophoretic deposition-EPD) 161

1. 전기영동증착법의 개요 161

2. 전기영동증착법의 원리 163

제3절 카본 나노튜브의 분산 164

1. 카본 나노튜브의 개요 164

2. 카본나노튜브의 분류 164

3. 카본나노튜브의 특징 165

제3장 실험 방법 및 결과 고찰 166

제1절 실험방법 166

1. 질화 코팅 166

2. Hybrid PECVD(using Arc enhanced glow discharge)에 의한 코팅 167

3. 전기영동증착법에 의한 코팅 168

4. 카본나노튜브 분산 170

제2절 결과 및 고찰 171

1. 기판, 코팅물질 및 코팅 방법 선정 171

2. 질화코팅 175

3. 전기영동법에 의한 코팅 183

제4장 결론 191

참고문헌 192

VI. 내구성 향상기술 개발 194

제1장 냉각수의 영향 196

제1절 문헌조사 196

제2절 소형 단셀 실험 200

제3절 소형 단셀 결과 및 분석 202

제4절 스택의 냉각수 매니폴드 모사 205

1. 실험방법 207

2. 실험 결과 및 분석 208

제5절 요약 221

제2장 가스 불순물의 영향 222

제1절 도입 222

제2절 실험방법 222

제3절 결과 및 분석 224

1. CO의 영향 224

2. SO₂의 영향 245

3. NO₂의 영향 258

4. NaCl의 영향 262

제4절 요약 266

제3장 연료전지 내부의 물 배출 가시화 267

제1절 문헌조사 267

1. GDL의 영향 267

제2절 투명셀을 이용한 물거동 관측 277

1. 실험방법 및 실험조건 277

제3절 결과 및 고찰 281

1. 유속의 영향 281

2. 물의 응축조건 283

3. 물의 응축 관찰 285

4. 공기극에서 연료극으로 물의 역확산 관찰 291

5. 활성면적 300㎠ 대형 투명셀을 이용한 물 거동 관찰 293

제4절 종합 301

서지정보양식 302

BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 303

I. MEA 핵심 기술 개발 40

〈표 1-1〉 단위 셀 운전 조건 48

〈표 2-1〉 슬롯 다이 롤코터의 제원 66

〈표 2-2〉 롤 라미네이터의 제원 69

V. 고분자 연료전지용 금속 분리판 개발 40

〈표 2-1〉 질화법의 분류 152

〈표 2-2〉 각종질화기술의 장단점 153

〈표 2-3〉 가스질화와 가스연질화의 차이점 154

〈표 2-4〉 산질화 처리법 159

〈표 3-1〉 아토나 플라즈마질화의 공정도 및 순서 166

〈표 3-2〉 코팅조건에 따른 샘플(3-1, 3-2, 6-1, 6-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2) 180

〈표 3-3〉 Cr(N)-C:H막의 증착조건 181

〈표 3-4〉 카본나노튜브(샘플 A)의 분산시편의 제타포텐셜과 pH 187

〈표 3-5〉 에탄올 용매에서 분산시편의 제타포텐셜과 pH 188

VI. 내구성 향상 기술 개발 40

〈표 1-1〉 수계와 오일계 냉각수의 장단점 203

〈표 1-2〉 냉각수에 사용된 불순물의 종류 및 농도 208

〈표 2-1〉 단위전지 측정 조건 222

〈표 2-2〉 불순물의 종류 및 농도 223

〈표 2-3〉 측정조건 223

〈표 2-4〉 CO 1ppm 농도에서 셀 온도와 습도에 따른 셀 전위의 변화량 228

〈표 2-5〉 0.6V에서 CO 공급전후의 전류밀도 감소량 236

〈표 2-6〉 셀 온도, 상대습도별 CO 공급전후의 Rs 변화 242

〈표 2-7〉 셀 온도, 상대습도별 CO 공급전후의 Rp 변화 242

〈표 3-1〉 투명셀의 구성 280

〈표 3-2〉 투명셀의 운전조건 282

〈표 3-3〉 다양한 공기극 이용률에서의 전류밀도에 따른 입구 유속(cm/s) 282

〈표 3-4〉 다양한 공기극 이용률에서의 전류밀도에 따른 출구 유속(cm/s) 283

〈표 3-5〉 소형셀과 대형셀의 채널 특성 비교 294

I. MEA 핵심 기술 개발 31

[그림 1-1] MEA 전극 구조 개념도 45

[그림 1-2] 연속공정에서 이형필름에 코팅된 전극측매층 47

[그림 1-3] 셀 온도 제어 전의 단위 셀 성능 곡선 50

[그림 1-4] 셀 온도 제어 이후의 단위 셀 성능 곡선 50

[그림 1-5] GDL 영향 51

[그림 1-6] 코팅두께 100um MEA의 성능 곡선 53

[그림 1-7] 코팅두께 150um MEA의 성능 곡선 53

[그림 1-8] 코팅두께 100um MEA의 Impedance 곡선 54

[그림 1-9] 코팅두께 150um MEA의 Impedance 곡선 54

[그림 1-10] 코팅두께가 다른 두 MEA의 CV 곡선 55

[그림 1-11] 코팅 두께에 따른 MEA 성능 비교 56

[그림 1-12] 코팅두께 200um MEA의 Impedance 곡선 56

[그림 1-13] 코팅두께 300um MEA의 Impedance 곡선 57

[그림 1-14] 코팅두께가 다른 두 MEA의 CV 곡선 57

[그림 1-15] 스프레이 공정으로 제조된 MEA의 IV 성능 곡선 58

[그림 1-16] 스프레이 공정으로 제조된 MEA의 Impedance 곡선 58

[그림 1-17] CNT 10% 첨가된 MEA의 IV 성능 곡선 59

[그림 1-18] 입도에 따른 MEA 성능 변화 60

[그림 1-19] 입도2 MEA의 Impedance(Inpedance) 곡선 61

[그림 1-20] 입도2 MEA의 CV 곡선 61

[그림 1-21] 최적화된 MEA의 성능 및 내구성 62

[그림 2-1] 기존 설치된 블레이드 타입의 간이 코터 및 코티마 코터 64

[그림 2-2] 간헐코팅이 가능한 슬롯 다이 방식의 롤코터 65

[그림 2-3] 간헐코팅이 가능한 슬롯 다이 방식의 롤코터의 구성 및 크기 66

[그림 2-4] 롤코터의 전체 작업 공정의 요약도 67

[그림 2-5] MEA 연속전사가 가능한 롤 라미네이터 68

[그림 2-6] 연속전사가 가능한 롤 라미네이터의 평면도 69

[그림 2-7] 롤 라미네이터 추가된 건물의 기계하부 철골 배치도 70

[그림 2-8] 롤 라미네이터 바닥 보강재 구조 70

[그림 2-9] 롤 라미네이터의 전체 작업 공정의 요약도 71

II. 고 내구성 백금 담지 CNT 촉매 개발 32

[그림 1-1] Component contributions to overall system cost[DOE, 2007 fuel cell, annual progress report 76

[그림 1-2] Component contributions to overall stack cost[DOE, 2007 fuel cell, annual progress report] 76

[그림 2-1] 탄소나노튜브 제조 및 화학기상증착 장치 81

[그림 3-1] 초음파 방법을 사용하여 니켈 입자를 담지한 탄소 종이의 SEM 결과. 84

[그림 3-2] 탄소 종이 표면에서 성장된 탄소나노튜브의 SEM 결과. 84

[그림 3-3] 화학기상증착 온도 및 반응 기체에 따른 백금 담지량의 변화 86

[그림 3-4] CO 화학흡착 결과 88

[그림 3-5] Cyclic voltammograms(0.5 M H₂S0₄ solution at 25℃ in Ar. Potential scan rate 20 mV s­¹(이미지참조)) 89

[그림 3-6] TEM 결과 92

III. 고성능 장수명 스택설계 및 제작 기술개발 32

[그림 2-1] 연료전지 모델링의 개략도 107

[그림 2-2] 전기화학반응에 따른 생성항 107

[그림 2-3] 연료전지 스택 내부의 냉각채널의 구성도 112

[그림 2-4] 이온교환막의 이온전도도 112

[그림 2-5] CFD 해석 조건 및 계산 영역 113

[그림 2-6] CFD 해석 결과 : 성능 곡선 113

[그림 2-7] 냉각수의 온도 분포 114

[그림 2-8] MEA 온도 분포 114

[그림 2-9] Water activity 분포 114

[그림 2-10] 막의 이온전도도 분포 115

[그림 2-11] 평균값으로 무차원화된 전류 밀도 분포 115

[그림 2-12] 효과적인 열전달을 통한 연료전지 성능향상 방안 116

[그림 2-13] 연료전지 분리판 사시도도 120

[그림 2-14] 연료전지 수치 해석을 위한 분리판 계산 영역 121

[그림 2-15] 분리판 채널 압력분포 122

[그림 2-16] 연료전지 엔드판 3차원 설계 형상 123

[그림 2-17] 가스켓 정렬 안정성 분석 124

[그림 2-18] 단위 전지 성능 평가 실험 125

[그림 2-19] 단위 전지 성능 실험 결과 그래프 126

[그림 2-20] 연료전지 조립 가이드 및 스택 적층 사진 127

[그림 2-21] 조립 완료된 연료전지 스택 사진 127

[그림 2-22] 연료전지 스택 운전 결과 128

[그림 2-23] 연료전지 스택 연속 운전 중 결과 129

[그림 2-24] 연료전지 스택 테스트 장면 129

IV. 연료전지 하이브리드 버스 통합 시스템 연구 33

[그림 2-1] KIER 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 개략도 138

[그림 2-2] 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 차량 개조 전·후 모습 139

[그림 2-3] 연료전지 버스 모니터링 실험을 위한 주행 구간 및 구획 표시 140

[그림 2-4] 연료전지 하이브리드 버스의 평지 주행 결과의 예 141

[그림 2-5] 저속-오르막 구간에서의 운전 결과의 예 142

[그림 2-6] 저속-내리막 구간에서의 운전 결과의 예 142

[그림 2-7] 고속-오르막 구간에서의 운전 결과의 예 143

[그림 2-8] 고속-내리막 구간에서의 운전 결과의 예 144

V. 고분자 연료전지용 금속 분리판 개발 34

[그림 2-1] 가스질화처리 온도, 시간, 가스량에 대한 공정 예 154

[그림 2-2] 이온질화법(프라즈마 질화법) 157

[그림 2-3] Ion 충돌에 동반한 현상 158

[그림 2-4] 산질화시 금속의 조직 160

[그림 2-5] 박막 및 후막 제조 기술 비교 162

[그림 2-6] 전기영동증착 개략도 163

[그림 2-7] 카본 나노튜브의 육각형셀의 넷트워킹 164

[그림 2-8] 카본나노튜브의 종류 165

[그림 3-1] ATONA 장비의 개략도 167

[그림 3-2] AE-PECVD system 168

[그림 3-3] EPD 실험장치 169

[그림 3-4] 수계에서 분산된 카본 나노튜브 169

[그림 3-5] 다층의 카본나노튜브의 TEM에 의한 미세구조 170

[그림 3-6] 카본나노튜브의 분산을 위한 실험공정 171

[그림 3-7] 금속기판의 종류별 연구 분포 172

[그림 3-8] 코팅물질의 종류별 연구 분포 174

[그림 3-9] 코팅방법의 종류별 연구 분포 175

[그림 3-10] S45C강의 질화 조건에 따른 단면 미세구조 176

[그림 3-11] Q/T S45C 강의 질화 비교 파면사진 176

[그림 3-12] Q/T처리된 S45C의 ATONA(low current)와 post plasma질화와의 비교 177

[그림 3-13] 500℃에서 질화된 질화층 5미크론까지의 질소농도분석(GDA) 178

[그림 3-14] Reactive sputtering에 의한 CrN, TiN 코팅 179

[그림 3-15] Hybrid PECVD(using Arc enhanced glow discharge)에 의한 DLC 코팅 182

[그림 3-16] CrN 코팅전 및 코팅후 열처리 사진 183

[그림 3-17] 900˚C(900 C) 열처리 후 미세구조 사진 183

[그림 3-18] EPD에 의한 CrN 부식 시험 결과 184

[그림 3-19] 폴리머복합체 185

[그림 3-20] 멀티카본나노튜브 원료분말의 미세구조 186

[그림 3-21] 수계에서의 카본나노튜브(샘플 A)의 분산상태 186

[그림 3-22] 초음파 시간이 분산상태에 미치는 결과 187

[그림 3-23] 에탄올 용매의 경우, 카본나노튜브의 분산 188

[그림 3-24] 100mg 카본나노튜브 분산 시험편 189

[그림 3-25] 200mg카본나노튜브 분산 시험편 189

[그림 3-26] EPD시 전압에 따른 코팅면의 미세구조 190

[그림 3-27] 카본나노튜브 코팅면의 미세구조 190

VI. 내구성 향상 기술 개발 35

[그림 1-1] 이온 흡착형 나노 입자들의 전기전도도 억제 기구 197

[그림 1-2] 이온 흡착형 나노 입자들의 전기전도도 억제 효과 198

[그림 1-3] 이온 흡착형 나노 입자들을 분산시킨 시간에 따른 냉각수의 전도도 변화 199

[그림 1-4] 냉각수 실험장치 배관도 200

[그림 1-5] 냉각수 실험장치 201

[그림 1-6] 연료전지 냉각 매니폴드 모사 시편 202

[그림 1-7] 알루미늄 라디에이터를 채용한 실험장치의 전기전도도 변화 204

[그림 1-8] (a) 누설전류를 측정하기 위해 가해진 전압변화 (b) 냉각수의 전기전도도 변화에 따른 모사시편에 흐르는 누설전류 204

[그림 1-9] 스택의 냉각수 매니폴드 부분 단면도 206

[그림 1-10] 스택 냉각수 매니폴드의 누설전류를 측정하기 위해 설계한 모사 시편의 구조 206

[그림 1-11] 스택 냉각수 매니폴드의 누설전류를 측정하기 위해 설계한 모사 시편의 조립도 207

[그림 1-12] 셀 간격 3mm와 3.5mm 일 때의 분극 곡선 209

[그림 1-13] 셀 간격 3mm 일 때의 전류에 대한 3.5mm 일 때의 전류의 비 209

[그림 1-14] 공기와 질소로 퍼지한 순수 증류수 냉각수에서의 분극곡선 210

[그림 1-15] 순수 증류수와 PE 혼합 냉각수에서의 분극곡선 211

[그림 1-16] 순수 증류수에서 염분 농도에 따른 분극곡선 213

[그림 1-17] 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 염분 농도에 따른 분극곡선 213

[그림 1-18] 순수 증류수와 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 염분이 누설전류에 미치는 영향 214

[그림 1-19] 순수 증류수와 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 염분이 냉각수의 이온전도도에 미치는 영향 214

[그림 1-20] 순수 증류수 에서 염분 농도에 따른 이온전도도와 누설 전류의 관계 215

[그림 1-21] PE 혼합 냉각수 에서 염분 농도에 따른 이온전도도와 누설 전류의 관계 215

[그림 1-22] 순수 증류수에서 Al 염 농도에 따른 분극곡선 217

[그림 1-23] 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 Al 염 농도에 따른 분극곡선 218

[그림 1-24] 순수 증류수와 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 Al 염이 누설전류에 미치는 영향 218

[그림 1-25] 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 Al 염 및 염분이 누설전류에 미치는 영향 비교 219

[그림 1-26] 순수 증류수와 증류수 50% + PE 50% 혼합 냉각수에서 Al 염이 냉각수의 이온전도도에 미치는 영향 219

[그림 1-27] 순수 증류수에서 Al 염 농도에 따른 이온전도도와 누설 전류의 관계 220

[그림 1-28] PE 혼합 냉각수에서 Al 염 농도에 따른 이온전도도와 누설 전류의 관계 220

[그림 2-1] CO 10ppm 농도, 100% 가습조건에서의 셀 온도에 따른 셀 전위의 변화 225

[그림 2-2] CO 10ppm 농도, 50 % 가습조건에서의 셀 온도에 따른 셀 전위의 변화 225

[그림 2-3] CO 10ppm 농도에서 셀 온도와 습도에 따른 셀 전위의 변화량 226

[그림 2-4] CO 1ppm 농도, 100% 가습조건에서의 셀 온도에 따른 셀 전위의 변화 227

[그림 2-5] CO 1ppm 농도, 50 % 가습조건에서의 셀 온도에 따른 셀 전위의 변화 227

[그림 2-6] CO 10ppm 투입전후의 성능변화(a) 셀온도 80 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 100% (c) 셀온도 50도, 상대습도 100% 230

[그림 2-7] 상대 습도 100%에서 CO 10ppm 피독에 의한 셀온도 및 부하에 따른 전압강하 230

[그림 2-8] CO 10ppm 투입전후의 성능변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100%, (b) 셀온도 60 도, 상대습도 50% (c) (b) 셀온도 60 도, 상대습도 50% 232

[그림 2-9] 상대 습도 50%에서 CO 10ppm 피독에 의한 셀온도 및 부하에 따른 전압강하 232

[그림 2-10] 0.6V에서 CO 100ppm 공급전후의 전류밀도 감소량 233

[그림 2-11] CO 1ppm 투입전후의 성능변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 100% 234

[그림 2-12] CO 1ppm 투입전후의 성능변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100%, (b) 셀온도 60 도, 상대습도 50% 235

[그림 2-13] CO 10ppm 투입전후의 임피던스 변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 100% (c) 셀온도 50 도, 상대습도 100% 237

[그림 2-14] CO 10ppm 투입전후의 임피던스 변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 50% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 50% (c) 셀온도 50 도, 상대습도 50% 238

[그림 2-15] CO 10ppm 투입전후의 임피던스 변화 (a) Rs (b) Rp 239

[그림 2-16] CO 1ppm 투입전후의 임피던스 변화 240

[그림 2-17] CO 10ppm 투입전후의 임피던스 변화 241

[그림 2-18] CO 10ppm 투입전후의 CV 변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 100% (c) 셀온도 50 도, 상대습도 100% 243

[그림 2-19] CO 10ppm 투입전후의 CV 변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 50% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 50% (c) 셀온도 50 도, 상대습도 50% 244

[그림 2-20] 셀온도 80 도에서의 SO₂ 농도에 따른 성능 변화 246

[그림 2-21] 셀온도 60 도에서의 SO₂ 농도에 따른 성능 변화 247

[그림 2-22] 셀온도 80 도에서의 SO₂ 농도에 따른 피독영향 248

[그림 2-23] 셀온도 60 도에서의 SO₂ 농도에 따른 피독영향 249

[그림 2-24] 다양한 셀 온도 및 습도에서의 SO₂ 농도에 따른 피독 영향 250

[그림 2-25] 촉매 표면에서 SO₂ 분해에 미치는 수증기의 영향 250

[그림 2-26] 다양한 셀 온도, 습도 및 SO₂ 농도 2ppm 에서의 시간에 따른 전압강하 251

[그림 2-27] 셀온도 80 도에서의 SO₂ 농도에 따른 임피던스 변화 (a) 상대습도 100% (b) 상대습도 50% 252

[그림 2-28] 셀온도 60 도에서의 SO₂ 농도에 따른 임피던스 변화 (a) 상대습도 100% (b) 상대습도 50% 253

[그림 2-29] SO₂ 투입전후의 임피던스 변화, Rp 254

[그림 2-30] SO₂ 2ppm 투입전후의 CV 변화 (a) 셀온도 80 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 80 도, 상대습도 100% 256

[그림 2-31] SO₂ 2ppm 투입전후의 CV 변화 (a) 셀온도 60 도, 상대습도 100% (b) 셀온도 60 도, 상대습도 100% 257

[그림 2-32] SO₂ 2ppm 투입전후의 촉매활성면적의 변화 258

[그림 2-33] NO₂ 1 ppm 투입 전후의 (a) 셀 성능변화 (b) 전압강하 259

[그림 2-34] NO₂ 투입 후 시간에 따른 셀 전압의 변화 260

[그림 2-35] NO₂ 1 ppm 투입 전후의 임피던스 변화 261

[그림 2-36] NO₂ 1 ppm 투입 전후 촉매활성면적의 변화 261

[그림 2-37] 0.5wt.% NaCl 용액을 가습기에 공급했을 때 시간에 따른 셀 전압감소 263

[그림 2-38] 0.5wt.% NaCl 용액을 가습기에 공급했을 때 셀 성능변화 264

[그림 2-39] 0.5wt.% NaCl 용액을 가습기에 공급했을 때 셀 임피던스 변화 264

[그림 2-40] 0.5wt.% NaCl 용액을 가습기에 공급했을 때 촉매활성면적의 변화 265

[그림 3-1] 다양한 특성의 접촉각을 가진 GDL 내에서의 물의 분포 268

[그림 3-2] 건조한 GDL에 물이 통과할 때의 압력변화 269

[그림 3-3] GDL 표면에서 물이 통과하는 기공의 위치와 생성된 물 방울 269

[그림 3-4] 셀 단면에서의 물 분포 270

[그림 3-5] 시간에 따른 셀내의 물의 양과 전류밀도 변화 270

[그림 3-6] GDL 표면에서의(표면애서의) 물방울의 정지 및 이동시 접촉각 271

[그림 3-7] (a) 정지 접촉각 과 물방울 크기의 관계 (b) 이동 접촉각과 가스 유속의 관계 272

[그림 3-8] GDL 표면에서 물이 배출되는 위치와 실링부 273

[그림 3-9] 압축에 의해 손상된 GDL 273

[그림 3-10] GDL 내에서의 물의 이동방식 274

[그림 3-11] 여러 종류의 GDL을 채용한 셀내에 존재하는 물의 분포와 성능 275

[그림 3-12] 채널부분과 랜드부분에 존재하는 물의 양 276

[그림 3-13] 투명셀 사진 (a) anode, (b) cathode, (c) 체결 후 사진 277

[그림 3-14] 광학 현미경 및 image processing 용도의 컴퓨터 278

[그림 3-15] 투명셀 단면도 280

[그림 3-16] 활성면적 20㎠의 소형 투명셀 281

[그림 3-17] 투명셀에 사용된 공기극 유로 형상 1 281

[그림 3-18] 투명셀에 사용된 공기극 유로 형상 2 282

[그림 3-19] 전류밀도에 따른 단위면적, 시간당 생성된 물의 양 284

[그림 3-20] 공기극 이용률에 따른 출구측 공기 습도의 과포화도 284

[그림 3-21] 셀내에서 물 응축이 일어나는 부분 285

[그림 3-22] 셀내에서 물 응축이 일어나는 부분의 단면 285

[그림 3-23] 서로 다른 공기극 유로를 가진 투명셀의 성능곡선. 287

[그림 3-24] 유로 1에서 나타나는 다양한 공기 이용률과 부하에 대한 물응축 거동 288

[그림 3-25] 유로 2에서 나타나는 다양한 공기 이용률과 부하에 대한 물응축 거동 289

[그림 3-26] (a) 유로 1과 (b) 유로 2의 물 분포 290

[그림 3-27] 유로 1과 유로 2의 물 분포 도식 290

[그림 3-28] 공기극 상대습도를 변화시킴에 따른 전류밀도 400mA/㎠에서의 연료극에서의 물분포 변화. 연료극 이용률 80%. 291

[그림 3-29] 공기극 상대습도를 변화시킴에 따른 전류밀도 400mA/㎠에서의 연료극에서의 물분포 변화. 연료극 이용률 80%. 292

[그림 3-30] 활성면적 300㎠ 인 투명셀의 조립과정 295

[그림 3-31] 대형 투명셀에 사용된 공기극의 유로형상 296

[그림 3-32] 공기극 이용률에 따른 대형 투명셀의 성능 296

[그림 3-33] 공기극 이용률 40%에서 부하에 따른 물제거 거동 297

[그림 3-34] 물관찰시 사용된 3가지 셀 배향 298

[그림 3-35] 3가지 셀 배향에 따른 대형 투명셀의 성능 298

[그림 3-36] 셀 배향 1에서의 물의 응축지점 299

[그림 3-37] 셀 배향 2에서의 물의 응축지점 299

[그림 3-38] 셀 배향 3에서의 물의 응축지점 300