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Quantitative analysis for fracture behavior of fuel cells = 연료전지에서의 파괴 거동의 정량적 분석
서명 / 저자 Quantitative analysis for fracture behavior of fuel cells = 연료전지에서의 파괴 거동의 정량적 분석 / Kyung-Lim Jang.
저자명 Jang, Kyung-Lim ; 장경림
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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MME 16032

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초록정보

Fuel cell has received attention for eco-friendly and sustainable energy system. The fuel cells, which convert the chemical energy of fuel into the electrical energy, are classified with the type of electrolyte. PEMFC uses a proton-conducting polymer and SOFC uses an oxide ion-conducting ceramic material as the electrolyte. However, the reliability issues, such as mechanical degradation, has impeded the commercialization of fuel cell systems. To achieve the reliability and durability of the fuel cell, the fracture behavior of fuel cells was investigated. Cracks of PEMFC and interfacial robustness of SOFC were examined to analyze fracture behavior of the fuel cells. Cracks of PEMFC were quantified by crack area density and electrical resistance with electromechanical tests. Crack growth behavior showed difference with respect to the thickness of electrode. Thicker anode had larger and fewer cracks. For SOFCs, interfacial fracture energy was measured by double cantilever beam and subcritical crack growth tests were performed in humid environments. Threshold values of strain energy release rate were 0.04 and $0.03 J m^{-2}$ when relative humidity was 60 and 90 %. SEM observations were also conducted to inspect the surface and the interface precisely. The results have potential in the reliability improvement of fuel cells.

친환경적이고 지속 가능한 에너지 변환 시스템으로 주목받고 있는 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전기화학적 에너지 장치이다. 연료전지는 전해질에 사용되는 물질에 따라 분류된다. 대표적인 연료전지의 종류로는 양성자 전도성 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질연료전지와 산소이온 전도성 산화물을 전해질로 사용하는 고체산화물연료전지가 있다. 하지만 기계적 열화와 같은 신뢰성 문제는 연료전지의 상용화를 가로막는 걸림돌이 되어왔다. 연료전지의 신뢰성과 내구성 확보를 위하여 연료전지의 파괴 거동에 관한 연구를 실시하였다. 고분자전해질연료전지의 균열과 고체산화물연료전지의 계면 특성을 평가하였다. 고분자전해질연료전지 내의 균열은 전기 기계적 실험에 의해 측정된 균열 면적밀도와 전기 저항에 의해 정량화되었다. 균열 진전 거동은 전극의 두께에 의해 다르게 나타났으며, 두꺼운 전극에서 적지만 큰 크기의 균열들이 관찰되었다. 고체산화물연료전지에 대해서는 이중외팔보 시험법을 통한 계면파괴에너지 측정이 이루어졌고, 습한 환경에서 임계하균열성장 시험법이 시행되었다. 상대습도가 60 % 일 때 변형에너지 방출속도의 하한계값은 $0.04 J m^{-2}$ 이었고 그보다 높은 상대습도인 90 %의 환경에서는 $0.03 J m^{-2}$ 로 측정되었다. 주사전자현미경을 통해 박리된 표면과 단면에 관한 관찰이 이루어졌다. 본 연구에서의 결과를 통하여 연료전지의 신뢰성 향상에 이바지할 수 있을 것으로 예상된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 16032
형태사항 iii, 26 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 장경림
지도교수의 영문표기 : Taek-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 김택수
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 21-24
주제 Fuel cell
fracture behavior
interfacial fracture energy
crack
humidity
reliability
연료전지
파괴 거동
계면파괴에너지
균열
습기
신뢰성
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