A Study on the P-I, I-V Characteristics of PEMFC

Abstract - Recently, researchers are developing a new, clean, renewable and sustainable energy to the industrial areas and the residential areas. Solar cell and fuel cell energy are presented in this paper. The paper shows the P-I and I-V characteristics of fuel cells which are connected in parallel and series. And the voltage drop of internal resistance of the fuel cell decreases with the increasing of the current of the fuel cell. A voltage drop at the internal resistance is increased according to the current, thus the terminal voltage is decreased. The internal resistance is calculated 0.3[ Ω ] from maximum power transfer condition.Key Words : PEMFC, I-V Characteristics, P-I Characteristics, Voltage Drop, Internal Resistance ✝ 교신저자, 시니어회원 : 동신대학교 공대 전기공학과 교수․공박E-mail: yschoi67@dsu.ac.kr * 준 회 원 : 동신대학교 대학원 석사과정 ** 시니어회원 : 전남도립대학 컴퓨터응용전기과 교수․공박 *** 시니어회원 : 동신대학교 공대 전기공학과 교수․공박접수일자 : 2009년 11월 6일최종완료 : 2009년 11月 16일 1. 서 론 현재 지구상의 에너지는 원유, 석탄, 천연가스 등 화석연료를 주 에너지원으로 사용하고 있고 이제 화석연료의 유한성은 누구나 다 인식하고 있다. 지속적인 경제성장을 위해 필요한 화석에너지의 고갈과 국가 정세에 따른 에너지공급의 불안정성, 화석에너지의 사용으로 인한 지구온난화를 해결하기 위해서 화석연료를 대체할 신재생 대체 에너지의 개발이 절실히 필요하다 [1~3]. 화석연료 의존도가 높은 우리나의 경우 국제환경 규제에 의한 온실가스 배출량의 감축 및 동결은 바로 산업활동의 위축을 가져오게 된다. 이에 따라 환경을 국가의 산업생산 활동과 연계시키고자 하는 선진국과의 경쟁에서 많은 어려움이 있을 것으로 예상된다. 뿐만아니라, 이제 신재생 대체 에너지 사업은 단순히 경제적 이익을 위한 것이 아니라 인류 생존의 문제로 인식되고 있다. 화석연료를 대체할 지속가능한 수많은 신재생에너지 자원 중에서 수소는 에너지와 환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 전 세계적으로 관심을 받고 있다. 수소는 전기를 생산하는데 있어 이상적인 보충물을 제공하며, 양질의 에너지를 갖고 있고 탄소를 함유하지 않으며 오염물질을 생산하지 않아 새로운 에너지로서 높이 평가받고 있다 [4, 5].그러나, 수소를 에너지로 이용하려는 연구는 전 세계적으로 수없이 이루어지고 있으나[2], 이용의 편리성, 효율 등에 문제점이 있다. 수소를 에너지원으로 사용하는 여러 가지의 응용분야 중 연료전지는 전기 화학반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로, 일반 배터리와는 달리 재충전이 필요 없이 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어 낼 수 있고, 환경오염 물질을 발생시키지 않는 청정 에너지원으로 기존의 일반적인 발전 시스템이 가지고 있는 이상의 여러 가지 장점들을 가지고 있다 [6]~[8]. 연료전지의 연료로는 수소, 메탄올, 천연가스, 가솔린 등이 될 수 있으나, 수소를 제외한 다른 연료는 개질을 통하여 수소를 생산하게 되므로 최종적으로 순수한 수소가 연료로써 가장 적합하다고 할 수 있다. 수소 이외의 연료는 분자식에 탄소가 있기 때문에 필연적으로 이산화탄소가 발생되지만 수소연료전지는 순수한 물만을 배출하므로 완전 무공해이다.수소를 사용하는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)는 저온(100[℃] 이하)에서 동작하므로 빠르게 시동을 시킬 수 있으며, 부식의 위험이 있는 액체가 없다는 점이 있으며, 또한 에너지 효율과 출력밀도가 높아 주택 및 소규모 복합주거 시설, 수송용 차량, 소형 분산발전 및 휴대용 동력원에 적용 가능한 독립형 연료전지시스템으로 각광받고 있다.따라서, 본 논문에서는 수소로부터 쉽게 전기에너지를 발생할 수 있고 효율을 높이기 위한 기초 연구로서 태양전지와 수소 연료전지가 융합된 시스템의 전압-전류 특성을 측정하였다. 또한 연료전지 전압하강의 원인중 하나인 내부전기 저항에 대하여 검토하였다.