전 세계적으로 높은 에너지 수요와 탄소 배출량으로 인해 생산된 잉여 에너지를 저장 가능하고 활용이 유용한 재생 에너지는 활용 가능한 솔루션으로 각광받고 있습니다. 수소는 효율적이고 깨끗한 에너지를 공급할 수 있는 핵심 에너지 운반체입니다. 이 연구에서는 양성자 교환막 연료전지, H₂/Br₂ 레독스 흐름 전지 등 수소를 사용하는 여러 전기화학 전지를 분석합니다. 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)는 광범위한 응용 분야에서 효율적인 발전을 위한 유망한 기술입니다. PEMFC 개발에서 시스템 내 오작동, 특히 부품 결함과 관련된 오작동을 진단하는 것은 매우 중요합니다. 3D, 다상, 멀티스케일 PEMFC 모델은 실용적인 냉각수 유량 제어 방식을 기반으로 다양한 연료전지 오작동을 시뮬레이션을 통해 분석합니다. 다양한 고장 사례에서 냉각수 유량 변화에 따른 전압 저하 원인을 분석합니다. 0.3 A/㎠ 의 낮은 전류 밀도에서 정상 사례와 오작동 사례를 비교합니다. PEMFC 가 오작동할 때의 냉각수 유량, MEA 온도, 전압 및 국부 전류 밀도 분포 등의 복잡한 상호 작용을 분석합니다.
H₂/Br₂ 레독스 흐름 배터리(RFBs)는 양성자 교환 멤브레인을 사용하며 유망한 고출력 에너지 저장 시스템으로 입증되었습니다. 양성자 교환 멤브레인의 수송 특성은 셀 내 물과 브롬산의 분포에 영향을 크게 받으며, 전하/종 수송 효율과 전반적인 셀 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 수소 전극 침수 및 HBr 축적과 같은 주요 성능 손실 요인을 포착하기 위해 다상 H₂/Br₂ 레독스 흐름 배터리 모델을 제시합니다. 그 결과 플러딩으로 인한 유효 촉매 표면적(ECSA) 감소가 성능 손실의 주요 원인으로 나타난 반면에, 높은 HBr 축적으로 인한 전해질 탈수는 미미한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 또한 산화 환원 매개 브롬 음이온( BrO3- )을 사용하는 H₂/Br₂ 흐름 배터리의 브롬산염-브롬화물 화학 반응 시간에 따른 거동에 대해 설명하는 모델인 3 차원 동적 H₂/Br₂ 흐름 배터리 모델 개발하였습니다. 이 모델은 실험 데이터에 대한 검증을 거쳐 BrO3- 가 셀 성능과 안전에 미치는 영향을 조사합니다. 또한 방전 중 측정된 전압 변화 데이터를 재현하여 브롬산염-브로마이드 화학 반응의 영향을 받는 H₂/Br₂ 전지의 동적 거동을 정확하게 구현합니다. 그 결과 BrO3- 반응이 가역 전압, 저항 과전압 및 Br₂ 환원 반응의 활성화 과전압에 영향을 주는 것으로 확인하였습니다.