KR101601378B1 - 연료 전지 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 스택의 캐소드로 공급되는 공기와 애노드로 공급되는 수소를 통해 상기 연료 전지 스택 내에 존재하는 잔여 액적을 제거하는 단계; 상기 수소와 공기의 공급을 중단하고, 상기 연료 전지 스택 내의 잔존 수소 및 잔존 산소의 반응을 통해 상기 잔존 수소 및 잔존 산소를 제거하는 단계; 상기 잔존 수소 및 잔존 산소의 제거 이후, 상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 수소를 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 수소를 이용하여 잔여 산소를 추가로 제거하고, 상기 애노드 및 캐소드에 결합되어 수소와 공기의 화학 반응을 촉진시키는 촉매층 표면에 상기 발생된 수소를 흡착시키는 단계를 포함하는 연료 전지 관리 방법이 소개된다.

Description

연료 전지 관리 방법 {FUEL CELL MANAGEMENT METHOD}
본 발명은 연료 전지 스택을 장기간 보관할 때 발생하는 성능 감소를 방지하기 위한 연료 전지 관리 방법에 관한 것이다.
연료 전지는 메탄올, 에탄올, 천연 기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 인산형 연료 전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료 전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 각각의 연료 전지들은 근본적으로 그 원리는 동일하나, 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등에 차이가 있다.
고분자 전해질 형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)는 다른 연료 전지에 비해 출력 성능이 월등히 높으며, 작동 온도가 낮고, 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며 응용 범위가 넓은 장점이 있다.
연료 전지 시스템에서, 실질적으로 발전하는 연료 전지 스택은 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly; MEA)와 가스 유로가 형성된 세퍼레이터(seperator)로 이루어진 단위 셀들이 적층된 구조를 가진다. 막/전극 접합체는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 갖는다. 막/전극 접합체는 하나의 전해질 막과 두 개의 전극, 촉매층, 가스 확산층의 적층 구조를 갖는다.
수소가 애노드 측에 공급되면 전기 화학적 산화반응이 일어나면서 수소 이온과 전자로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 캐소드로 이동한다. 캐소드로 이동한 수소 이온은 캐소드로 공급되는 산소와 전기 화학적 환원반응을 일으켜 반응열과 물을 생성시키며, 전자의 이동으로 전기 에너지가 생성된다.
한편, 고분자 전해질 연료 전지 스택은 일정 시간 운행 후, MEA를 구성하는 백금/카본(Pt/C) 전극과 막의 열화로 성능이 감소된다. 고전위의 캐소드 측 백금 입자는 산화 과정을 거쳐 용출 또는 소실되거나 백금을 지지하는 카본의 부식에 의하여 탈리됨으로써 전기 화학 유효 표면적(ECSA)이 감소한다. 또한 연료 중에 포함된 수 ppm의 일산화탄소는 백금 촉매에 화학 흡착하여 HOR(Hydrogen Oxidation Reaction) 반응 속도를 떨어뜨리게 된다. 이와 더불어 고출력의 차량 운전시 발생하는 국부적인 온도 상승은 막의 기공 구조를 수축시키거나, SO3 - 말단기를 재배열시켜 이온 전도도가 감소하는 것으로 보고되고 있다.
이러한 운전 중에 발생하는 MEA의 열화 뿐만 아니라 장시간 보관 중에도 스택의 성능이 감소하는 것으로 알려져 있다. 즉, 연료 전지 스택을 장기 보관할 경우 애노드와 캐소드에 공기가 들어간 Air/Air(애노드/캐소드) 상태가 장시간 유지되면, 표준수소환원 전위(Standard Hydrogen Electrode) 기준으로 애노드와 캐소드 각각의 전압이 약 1.0V가 되는 결과를 가져온다. 1.0V 인근의 고전위에서 산소와 액적에 노출된 백금 표면에는 아래와 같은 화학식에 의해 산화 피막이 형성되고 이는 연료 전지 운전 중 반응 산소가 백금 표면으로 흡착하는 것을 방해하여 환원 반응의 속도를 낮추게 된다.
Pt + H20 -> Pt-OH + H+ + e-
보관 중 발생하는 연료 전지 스택의 성능 저하는 가역적 열화로 백금 환원 과정을 거치면 대부분 회복된다. 하지만 보관 중 형성된 백금 표면의 산화물이 남아 있는 상태에서 차량 운전을 하게 되면, 산화물로부터 백금이 용출되는 것과 같은 비가역 열화가 가속화되어 전반적인 연료 전지 차량용 연료 전지 스택의 내구를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 장기 보관시 연료 전지 스택의 성능 감소율 및 열화율을 감소시킬 수 있는 연료 전지 관리 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 관리 방법은, 연료 전지 스택의 캐소드로 공급되는 공기와 애노드로 공급되는 수소를 통해 상기 연료 전지 스택 내에 존재하는 잔여 액적을 제거하는 단계; 상기 수소와 공기의 공급을 중단하고, 상기 연료 전지 스택 내의 잔존 수소 및 잔존 산소의 반응을 통해 상기 잔존 수소 및 잔존 산소를 제거하는 단계; 상기 잔존 수소 및 잔존 산소의 제거 이후, 상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 수소를 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 수소를 이용하여 잔여 산소를 추가로 제거하고, 상기 애노드 및 캐소드에 결합되어 수소와 공기의 화학 반응을 촉진시키는 촉매층 표면에 상기 발생된 수소를 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 액적을 제거하는 단계는, 상기 스택 부하로의 전류 인가를 통한 발열로 가열된 건조 공기를 상기 캐소드로 공급하여 액적을 제거하는 단계일 수 있다.
상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 수소를 발생시키는 단계는, 상기 연료 전지 스택에 연결된 스택 부하로 정전류를 인가하여 상기 캐소드 내에 수소 발생을 유도하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 수소를 발생시키는 단계는, 상기 캐소드로 수소를 직접 퍼지하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 촉매층 표면에 상기 발생된 수소를 흡착시키는 단계는, 상기 촉매층 표면에 상기 직접 퍼지된 수소를 화학 흡착시키는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 수소 흡착 이후, 상기 애노드 및 캐소드를 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료 전지 관리 방법에 따르면,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 관리 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 다양한 연료 전지 관리 방법에 의할 경우 성능 감소율을 비교한 표이다.
도 4는 기준 대비 도 3에 도시된 다양한 연료 전지 관리 방법에 따른 연료 전지 스택의 열화정도를 표시한 그래프이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 연료 전지 시스템(100)은 수소 탱크(110), 수소 공급 밸브(112), 수소 재순환 블로워(114), 수소 퍼징 밸브(116), 워터 트랩(118), 연료 전지 스택(120), 애노드(122), 캐소드(124), 공기 블로워(130), 가습기(140), 스택 부하(150), 스위칭 소자(155), DC/DC 컨버터(160), 배터리(170) 및 제어 장치(180)를 포함할 수 있다.
수소 탱크(110)의 고압 수소는 고압 및 저압 레귤레이터(미도시)를 거쳐 승압 및 감압되어 연료 전지 스택(120)의 애노드(122)로 공급되며, 수소 재순환 블로워(114)에서는 연료 전지 스택(120)의 애노드(122)에서 이용되고 남은 미반응 수소를 다시 애노드(122)로 재순환시킨다.
공기 블로워(130)는 건조한 공기를 외부로부터 빨아들여 공급하고, 공급된 건조한 공기는 가습기(140)를 통과하며, 연료 전지 스택(120)의 캐소드(124)로 공급된다.
연료 전지 스택(120)의 애노드(122) 출구단에는 수소 퍼지를 위한 수소 퍼징 밸브(116)가 구비되어, 애노드(122)에 축적된 질소 및 물 등을 배출시키며, 워터 트랩(118)에서는 연료 전지 스택(120)에서 생성된 물을 모아 배출한다.
연료 전지 스택(120)은 다수개의 단위 셀이 포함되어 있으며, 단위 셀은 막 전극 어셈블리(MEA)와 MEA를 중심에 두고 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터들을 포함한다. 세퍼레이터들은 도전성을 지닌 플레이트로 이루어지며, 수소와 공기를 유동시키기 위한 채널부를 구비하고 있다. MEA의 일면에 산화 전극인 애노드(122)가 형성되고, 다른 일면에 환원 전극인 캐소드(124)가 형성된다.
스택 부하(150)는 저항 타입의 부하로 구성되며, 연료 전지 스택(120)의 출력단에 병렬로 접속되며, 제어 장치(180)에서 인가되는 제어 신호에 따라 온/오프 스위칭 되는 스위칭 소자(155)의 동작에 따라서 연료 전지 스택(120)에서 출력되는 전원 또는 배터리(170)의 전원을 공급받아 동작된다. 스택 부하(150)는 연료 전지 스택(120)의 셧다운(S/D) 과정에서 캐소드(124) 내에 잔존하는 산소를 소진하고, 연료 전지 스택(120)의 전압을 제거하는데에 이용될 수 있다.
DC/DC 컨버터(160)는 연료 전지 스택(120)의 출력단에 병렬로 접속되어, 연료 전지 스택(120)에서 출력되는 전원을 DC/DC 컨버팅하여 배터리(170)에 충전 전원으로 공급하고, 배터리(170)에서 출력되는 전원을 DC/DC 컨버팅하여 스택 부하(150) 및 전장 부하들(미도시)에 공급한다. 또한, 회생 제동시 구동 모터(미도시)에서 발생되는 회생 제동 에너지를 DC/DC 컨버팅하여 배터리(170)에 충전 전원으로 공급한다.
제어 장치(180)는 시동 오프(off)가 검출되면, 연료 전지 스택(120) 내부에 잔존하는 물을 제거하기 위해 수소와 공기를 과급하고, 스택 부하(150)에 전류를 인가하여 연료 전지 스택(120) 내부의 잔여 액적을 제거할 수 있다.
또한, 연료 전지 스택(120)의 캐소드(124)로 공급되는 공기를 이용하여, 연료 전지 스택(120)의 채널 내에 존재하는 잔여 액적을 제거할 수 있다. 이때 제어 장치(180)는 스택 부하(150)에 전류를 인가하여 스택 부하(150)에서 발생한 열을 통해 데워진 공기를 퍼징하여 연료 전지 스택(120) 내부에 공급시킴으로써 물을 건조시켜 제거할 수 있다. 즉, 제어 장치(180)는 스택 부하(150)로의 전류 인가를 통한 발열로 가열된 건조 공기를 캐소드(124)로 공급하여 액적을 제거할 수 있다. 또는 시동 오프(off)가 검출되면 수소를 퍼징하여 MEA 내부 등 연료 전지 스택(120)에 존재하는 물을 제거할 수 있다.
이후, 제어 장치(180)는 연료 전지 스택(120)에 공급되는 수소 및 공기의 공급을 중단시키고, 연료 전지 스택(120) 내부의 잔존 수소 및 산소를 반응시킴으로써 연료 전지 스택(120) 내부의 수소 및 산소를 제거할 수 있다. 즉, 연료 전지 스택(120)에 수소와 공기 공급을 중단하고, 소정 시간(10초 내지 5초) 수소와 산소를 반응시킴으로써 수소와 산소를 제거하는 것이다. 연료 전지 스택(120)의 애노드(122)와 캐소드(124)에서의 전기 화학적 반응에서 알 수 있는 바와 같이 산소가 수소보다 2배 더 빨리 소모되므로 산소가 먼저 제거되게 된다. 잔존 산소를 최대한 제거함으로써, 연료 전지 스택(120)의 발전 정지 상태에서 발생할 수 있는 백금 표면에 산화 피막 형성을 방지할 수 있다.
이후, 제어 장치(180)는 연료 전지 스택(120) 내부의 애노드(122)에 정상적으로 수소를 공급하며, 공기 블로워(130)의 동작을 중지시켜 캐소드(124)로 공급되는 공기를 차단시킨다.
연료 전지 스택(120)에서 생성된 전류를 스택 부하(150)로 인가하여 셀 전압이 애노드(122) 및 캐소드(124)의 촉매 부식을 방지하기 위해 설정된 기준 전압 이상이 되지 않도록 한다. 애노드(122)에 정상적으로 수소가 공급됨에 따라서, 캐소드(124) 내의 잔여 산소를 추가로 제거할 수 있다.
이후, 제어 장치(180)는 연료 전지 스택(120)에 연결된 스택 부하(150)로 정전류를 인가하여 캐소드(124) 내에 수소 발생을 유도할 수 있다. 즉, 캐소드 측에 산소가 부족한 조건에서 스택 부하(150)로 정전류를 인가하여, 셀 전압을 소정 전압(역전압)으로 수분간 유지함에 따라서 애노드(122) 측에서 산화된 프로톤 양이온(H+)이 캐소드(124) 측에서 환원되는 "Hydrogen Pumping"을 이용하여 캐소드(124) 측에 수소를 발생시킬 수 있다.
2H+ + 2e- => H2 (Hydrogen Pumping)
캐소드(124) 측에 발생된 수소는 캐소드(124)의 촉매 표면에 수소 화학 흡착될 수 있다. 촉매의 활성으로 화학 흡착된 수소는 외부에서 연료 전지 스택(120) 내부로 산소가 유입되어도 촉매 표면에 산화물이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제어 장치(180)는 캐소드(124)로 수소를 추가로 퍼지할 수 있다. 이를 위해 제어 장치(180)는 수소가 애노드(122) 입구로 공급되는 배관(113)을 캐소드(124) 입구측으로 변경하여 캐소드(124)로 수소를 직접 퍼징할 수 있다.
캐소드(124)로 수분간 직접 퍼징된 수소는 캐소드(124)에 형성된 백금 촉매 표면에 화학 흡착될 수 있다. 즉, 애노드 또는 캐소드에 결합되어 수소 또는 공기의 전기 화학 반응을 촉진하는 촉매층 중, 애노드에 결합된 촉매층 표면에 퍼지된 수소를 화학 흡착시켜 애노드(124)에 공기가 유입되더라도 촉매층 표면에 산화물이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 수소가 화학 흡착된 이후, 애노드(122) 및 캐소드(124)는 탈거된 뒤에 밀봉되어 보관될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 관리 방법에 대한 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어 장치(180)는 수소 공급 밸브(112)와 공기 블로워(130)를 제어하여 연료 전지 스택(120)의 애노드(122) 및 캐소드(124)로 각각 수소와 공기를 과급할 수 있다(S201). 과급된 수소와 공기는 연료 전지 스택(120) 내부의 잔존 액적(물)을 밀어내어 제거할 수 있다(S203). 이때, 스택 부하(150)에 전류를 인가하여 스택 부하(150)의 작동에 의한 발열을 통해 데워진 공기를 퍼징하여 연료 전지 스택(120) 내부에 과급시킴으로써 채널 내에 존재하는 물을 건조시켜 제거할 수 있다.
제어 장치(180)는 이후 수소 공급 밸브(112)와 공기 블로워(130)를 제어하여 애노드(122) 및 캐소드(124)로의 수소 및 공기의 공급을 중지시킨다. 그리고 연료 전지 스택(120) 내에 잔존하는 수소와 산소를 전기 화학적 반응시켜 연료 전지 스택(120) 내부의 산소와 수소를 제거한다(S203). 연료 전지 스택(120) 내부의 잔존 산소를 수소와 반응시켜 스택 부하(150)에서 생성된 전력을 열로 소비함으로써 연료 전지 스택(120)의 캐소드(124) 잔존 산소 및 셀 전압을 제거할 수 있다(COD 셧 다운; Cathode Oxygen Depletion Shutdown)
이후, 셀 전압들 중 최소 셀 전압이 소정 셀 전압(V1)에 도달하면, 제어 장치(180)는 수소 공급 밸브(122)를 제어하여 애노드(122) 측에 다시 수소를 공급시키고, 스택 부하(150)에 전류를 인가하여 셀 전압을 소정 셀 전압(V2)으로 낮춘다(S205). 이후 수분간 정전류를 부하에 인가하여(S207) 캐소드(124) 내의 산소를 완전히 제거하며, 동시에 캐소드(124) 내의 수소 발생을 유도한다(S209). 또한, 캐소드(124) 내로 수소 공급 배관(113)을 변경하여 수소를 직접 퍼징할 수도 있다(S211).
캐소드(124) 내의 수소 발생을 유도하는 것과, 수소를 캐소드(124)로 직접 퍼징하는 것은 동시에 또는 어느 하나만 행해질 수 있다.
퍼징된 수소 또는 캐소드(124) 내로 유입된 수소는 애노드 또는 캐소드 측에 형성되고, 수소와 산소 반응을 촉진시키는 촉매층 표면에 화학 흡착될 수 있다. 수소 화학 흡착 후, 연료 전지 스택(120)을 탈거하여(S213) 애노드(122)와 캐소드(124)를 밀봉시킨다(S215).
이러한 연료 전지 관리 방법(200)은 차량의 단기간 셧 다운 뿐만 아니라, 연료 전지 스택(120)의 생산 이후의 보관 또는 장기간 주차 시에도 적용될 수 있음은 자명하다.
도 3은 다양한 연료 전지 관리 방법에 의할 경우 성능 감소율을 비교한 표이다. 도 4는 기준 대비 도 3에 도시된 다양한 연료 전지 관리 방법에 따른 연료 전지 스택의 열화정도를 표시한 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기준(Ref.)은 COD 셧 다운 및 애노드와 캐소드의 밀봉 과정만 거친 연료 전지 관리 방법의 경우이다. 이 외에도 COD 셧다운 후 치구를 이용한 완전 밀봉, 수소를 캐소드에 퍼징하는 것, 캐소드 내에 수소 발생을 유도하는 것(Air braking), 공기를 애노드에 퍼징하는 것, 공기를 애노드 및 캐소드에 퍼징하는 것 각각의 연료 전지 관리 방법에 의할 때 각각의 활성화 후 평균 전압과 7일 이후에 전압, 그들의 차와 열화율들이 도시되고 있다.
이 중 본 발명의 연료 전지 관리 방법은 2번과 3번에 도시되어 있다. 수소 공급 배관(113)을 캐소드(124) 측으로 변경하여 수소를 캐소드(124)에 1분간 퍼징하는 경우, 캐소드 백금 촉매에 수소가 흡착되며, 7일 이후 전압 감소량은 1mV에 불과함을 알 수 있으며, 열화율 또한 0.14 %에 불과하여 도 4를 참조하면, 기준 대비 -86%의 열화 정도를 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 수소 공급 배관(113)을 캐소드(124) 측으로 변경하는 것이 아니라 3분간 정전류를 스택 부하(150)에 인가하여 캐소드(124) 내의 수소 발생을 유도(Air Braking)하고, 유도된 수소를 백금 촉매에 화학 흡착시키는 방법을 이용한 경우에는, 7일 이후 전압 감소량이 3mV이며, 열화율 또한 0.43%에 불과하여, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 기준 대비 -57%를 나타냄을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따른 연료 전지 관리 방법에 의하면, 수일이 지난 이후에도 연료 전지 스택(120)의 성능 감소율이 그리 크지 않으며, 열화 정도도 매우 낮음을 알 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 연료 전지 시스템 110 : 수소 탱크
112 : 수소 공급 밸브 114 : 수소 재순환 블로워
116 : 수소 퍼징 밸브 118 : 워터 트랩
120 : 연료 전지 스택 122 : 애노드
124 : 캐소드 130 : 공기 블로워
140 : 가습기 150 : 스택 부하
155 : 스위칭 소자 160 : DC/DC 컨버터
170 : 배터리 180 : 제어 장치

Claims (6)

  1. 연료 전지 스택의 캐소드로 공급되는 공기와 애노드로 공급되는 수소를 통해 상기 연료 전지 스택 내에 존재하는 잔여 액적을 제거하는 단계;
    상기 수소와 공기의 공급을 중단하고, 상기 연료 전지 스택 내의 잔존 수소 및 잔존 산소의 반응을 통해 상기 잔존 수소 및 잔존 산소를 제거하는 단계;
    상기 잔존 수소 및 잔존 산소의 제거 이후, 상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 미리 설정되어 있는 시간동안 수소를 발생시키는 단계; 및
    상기 발생된 수소를 이용하여 잔여 산소를 추가로 제거하고, 상기 애노드 및 캐소드에 결합되어 수소와 공기의 화학 반응을 촉진시키는 촉매층 표면에 상기 발생된 수소를 화학 흡착시키는 단계를 포함하며,
    상기 연료 전지 스택의 캐소드 측에 수소를 발생시키는 단계는,
    상기 연료 전지 스택에 연결된 스택 부하로 정전류를 인가하여 상기 캐소드 내에 수소 발생을 유도하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적을 제거하는 단계는,
    상기 스택 부하로의 전류 인가를 통한 발열로 가열된 건조 공기를 상기 캐소드로 공급하여 액적을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 관리 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수소 화학 흡착 이후, 상기 애노드 및 캐소드를 밀봉하는 단계를 더 포함하는,
    연료 전지 관리 방법.
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