수소와 산소의 전기화학 반응으로 에너지를 생산하는 양이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 온실 가스를 배출하지 않는 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 양이온 교환 막 연료전지는 분리판(Bipolar Plate, BP), 가스켓, 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)로 구성된 단위셀을 여러 개 적층시켜 최외곽의 엔드 플레이트(End Plate, EP)를 사용한 체결 형태로 구성된다.
PEMFC의 밀봉을 위한 가스켓에는 변형이 잘되고 밀봉력이 뛰어난 고무 재질의 가스켓을 사용하게 되며, 주로 운송 수단에 사용되는 연료전지인 만큼 무게 절감을 위해 얇은 박판을 사용한 BP를 적용한다. 따라서 스택에 과도한 체결힘이 작용할 경우 PEMFC 내부 구성요소에 원치 않는 변형이 생기며, 이는 전체적인 스택 성능의 감소와 구성요소의 열화를 촉진하는 원인이 된다.
가스켓의 두께와 형상을 입력변수로 한 압축 실험 및 누출 실험을 통해서 가스켓 형상 별 밀봉 특성을 확보할 수 있는 최소한의 체결력과 체결 변위의 관계를 파악하고, 돌기형 가스켓의 밀봉 특성 확보를 위한 장점과 한계점에 대한 분석을 진행하였다.누출율 분석 모델 중 변형률을 주 변수로 사용하는 Gasket Compressive Strains Leak Rate Model에 실험 결과를 대입하여 fitting하고, 추가 누출 실험을 통해 결과를 검증하였다.
본 연구에서는 서로 다른 가스켓의 형상과 탄성 변형이 PEMFC의 기밀 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 누출율 예측 모델을 선정하고 실험 결과를 대입하여, 가스켓의 두께와 내부 기체 압력에 따른 누출율 예측 모델을 제시하였다.