전기 화학 반응을 고려한 고체 산화물 연료 전지의 성능 해석

Abstract

고체 산화물 연료전지는 고효율, 높은 폐열 사용, 조용한 운전. 낮은 공해물질 배출등의 장점을 지니고 있어 미래의 가장 효과적인 발전 시스템으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 상용코드인 STAR-CD를 사용하였으며, 전기화학반응을 포함한 내부사용자프로그램을 이용하여 연료전지 내부 현상을 모사하였다. 다공성 전극에서의 가스 투과식은 Darcy``s Law를 적용하였으며, 반응가스의 반응층으로의 유입은 확산에 의해 물질전달이 이루어 짐을 확인할 수 있었다. 2차원 및 3차원 단위전지 해석을 통해 화학종, 온도장, 평형기전력, 그리고 전류밀도 분포등을 얻을 수 있었다. 이를 통해 과전압 손실의 대부분이 공기극에서 일어남을 볼 수 있었으며, 연료 이용률 측면에서 효율은 유량이 작을 수록 효율이 증가함을 알 수 있었다. 결과적으로 실험값과의 비교를 통해 전기화학모델식이 잘 적용되었다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 100W급 고체산화물 연료전지 스택의 유동해석을 통해 반응영역에서 균일한 유량을 얻을 수 있었다. 그 외 연료전지의 특징에 관해 나타내고 논의하였다.