KR101916529B1 - Accelerated Electrochemical and Mechanical Stress Test for GDL in PEM Fuel Cells - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 기체확산층의 전기화학 및 기계적 스트레스 가속시험을 통하여 기체확산층의 부식 및 열화 현상을 단시간내에 용이하게 확인할 수 있도록 한 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 기체확산층의 일면을 전해질 용액과 접촉되도록 하여 기체확산층에 전해질 용액과의 반응에 의한 전기화학적 스트레스를 제공하는 동시에 기체확산층의 다른 일면을 기체의 흐름과 접촉되도록 하여 기체확산층에 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스 제공함으로써, 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스에 의한 기체확산층의 열화 및 부식 현상을 단시간내에 확인할 수 있도록 한 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for stress acceleration testing of a gas diffusion layer for a fuel cell, which can easily confirm corrosion and deterioration phenomena of a gas diffusion layer through electrochemical and mechanical stress acceleration tests of a gas diffusion layer for a fuel cell.
That is, one surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the electrolyte solution to provide electrochemical stress to the gas diffusion layer by reaction with the electrolyte solution, while the other surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the gas flow, The present invention provides an apparatus and method for accelerating stress in a gas diffusion layer for a fuel cell, which is capable of confirming degradation and erosion of a gas diffusion layer due to electrochemical stress and mechanical stress in a short time by providing a mechanical stress by a flow.
Description
본 발명은 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지용 기체확산층의 전기화학 및 기계적 스트레스 가속시험을 통하여 기체확산층의 부식 및 열화 현상을 단시간내에 용이하게 확인할 수 있도록 한 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for accelerating stress in a gas diffusion layer for a fuel cell, and more particularly, to an apparatus and method for accelerating stress in a gas diffusion layer for a fuel cell, And more particularly, to an apparatus and method for stress acceleration testing of a gas diffusion layer for a fuel cell.
연료전지의 단위 셀은 고분자 전해질막과 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 전극 촉매층인 공기극(cathode) 및 연료극(anode)과, 공기극 및 연료극이 위치한 바깥 부분에 적층되는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)과, 기체확산층의 바깥 쪽에 적층되어 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하는 분리판 등을 포함하여 구성된다.The unit cell of the fuel cell includes a polymer electrolyte membrane and a cathode and an anode which are electrode catalyst layers coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react with each other, A gas diffusion layer (GDL), and a separator plate stacked on the outside of the gas diffusion layer to supply fuel and discharge water generated by the reaction.
특히, 상기 기체확산층은 탄소기재와 미세기공층으로 구성되어 촉매층인 공기극 및 연료극을 지지하고, 반응기체가 촉매층에 골고루 분산되도록 하며, 촉매층에서 발생한 전자를 모아서 외부의 전기회로로 이동시키는 집전체의 작용 및 전기화학반응에 의하여 발생하는 수분을 배출하는 작용을 수행한다.Particularly, the gas diffusion layer is made of a carbon-based material and a microporous layer to support an air electrode and a fuel electrode which are catalyst layers, to disperse the reactive gas uniformly in the catalyst layer, to collect electrons generated in the catalyst layer, And discharging moisture generated by the electrochemical reaction.
이러한 기체확산층은 시간이 지날수록 전기화학적 및 기계적 열화 현상으로 인하여 탄소부식과 함께 수명이 저하될 수 있으며, 이에 기체확산층에 대한 열화 현상을 규명하여 수명을 예측하는 방법이 진행되고 있다.Such a gas diffusion layer may degrade its life with carbon corrosion due to electrochemical and mechanical deterioration over time, and a method of predicting the deterioration of the gas diffusion layer and predicting the service life thereof is proceeding.
상기 기체확산층에 대한 열화를 관찰하는 종래의 시험 방법은 크게 두 가지 방법으로 진행되고 있다.A conventional test method for observing deterioration of the gas diffusion layer is proceeded in two ways.
첫번째 방법은, 고분자 전해질막에 촉매층(공기극 및 연료극)를 도포하여 전극을 구성하는 단계와, 관찰할 기체확산층(GDL)을 촉매층에 적층하여 단위전지 셀을 구성하는 단계와, 환원극인 공기극에 질소나 비활성기체를 가습하여 흘려주는 동시에 탄소부식이 크게 일어나도록 1.0 V 이상의 전압을 일정시간 동안 인가하면서 단위전지 셀의 성능을 측정하는 단계로 진행되고 있다.The first method comprises: forming an electrode by applying a catalyst layer (air electrode and fuel electrode) to a polymer electrolyte membrane; forming a unit cell cell by stacking a gas diffusion layer (GDL) to be observed on a catalyst layer; The performance of the unit cell cell is being measured while applying a voltage of 1.0 V or more for a predetermined time so that the inert gas is humidified and flowed and the carbon corrosion is greatly caused.
그러나, 첫번째 방법의 경우, 단위전지 셀에 1.0 V의 전압을 인가함에 따라 기체확산층에 포함된 탄소기재를 비롯하여 공기극 및 연료극에 포함된 탄소재료(공기극 및 연료극의 촉매용 탄소지지체 또는 담지체)의 부식이 초래되어, 기체확산층(GDL) 만의 부식 영향을 살펴보는데 한계가 있고, 그 이유는 전극(공기극 및 연료극인 촉매층)의 탄소와 기체확산층의 구성 재료중 탄소기재 모두 동일 전압에 노출되어 함께 부식이 되기 때문이다.However, in the case of the first method, when a voltage of 1.0 V is applied to the unit cell, the carbon material contained in the gas diffusion layer as well as the air electrode and the carbon material (the carbon support or the support for catalyst of the air electrode and the anode) included in the fuel electrode (GDL) due to corrosion is limited because both the carbon of the electrodes (the air electrode and the catalyst layer as the anode) and the carbon substrate of the constituent material of the gas diffusion layer are exposed to the same voltage, .
두번째 방법은, 기체확산층을 황산수용액과 같은 전해질 용액에 담그는 단계와, 전해질 용액에 담겨진 기체확산층에 질소를 불어 넣어주는 동시에 1.0 V이상의 전압을 인가하여 기체확산층을 전기화학적으로 열화시키는 단계와, 전해질 용액에서 기체확산층을 꺼내어 건조한 후 단위전지 셀에 체결한 다음, 단위전지 셀의 성능을 측정하는 단계로 진행되고 있다.The second method comprises: immersing the gas diffusion layer in an electrolyte solution such as an aqueous solution of sulfuric acid; injecting nitrogen into the gas diffusion layer contained in the electrolyte solution and simultaneously applying a voltage of 1.0 V or more to electrochemically deteriorate the gas diffusion layer; The gas diffusion layer is taken out from the solution, dried, and then connected to the unit cell. Then, the performance of the unit cell is measured.
그러나, 두번째 방법의 경우는 기체확산층만 단독으로 전해질 용액내에서 실험하므로, 기체확산층 만의 부식을 가능하여 기체확산층 만의 부식 현상을 살펴볼 수 있지만, 전해질 용액에서의 실험특성상 기체의 흐름에 의한 기계적 스트레스를 줄 수 없는 한계가 있으므로, 기체확산층의 열화 및 부식 시험이 정확하게 이루어질 수 없는 단점이 있다.
However, in the case of the second method, since only the gas diffusion layer is tested in the electrolyte solution alone, corrosion of only the gas diffusion layer is possible and corrosion phenomenon of only the gas diffusion layer can be observed. However, due to the characteristics of the experiment in the electrolyte solution, There is a disadvantage in that the deterioration of the gas diffusion layer and the corrosion test can not be accurately performed.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기체확산층의 일면을 전해질 용액과 접촉되도록 하여 기체확산층에 전해질 용액과의 반응에 의한 전기화학적 스트레스를 제공하는 동시에 기체확산층의 다른 일면을 기체의 흐름과 접촉되도록 하여 기체확산층에 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스 제공함으로써, 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스에 의한 기체확산층의 열화 및 부식 현상을 단시간내에 확인할 수 있도록 한 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a gas diffusion layer which is in contact with an electrolyte solution to provide electrochemical stress by reaction with an electrolyte solution, An apparatus and a method for accelerating stress of a gas diffusion layer for a fuel cell in which a gas diffusion layer is brought into contact with a gas to provide a mechanical stress to the gas diffusion layer so that deterioration and corrosion phenomena of the gas diffusion layer due to electrochemical stress and mechanical stress can be confirmed in a short time. The purpose is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 기체 흐름 통로가 형성된 기계적 스트레스 제공용 블럭; 전해질 용액이 충진되는 제1충진공간 및 제1충진공간과 연통되는 제2충진공간이 형성된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭; 및 상기 기계적 스트레스 제공용 블럭과 전기화학적 스트레스 제공용 블럭 사이에 배치되고, 백금이 일정량 도포된 기체확산층; 을 포함하고, 상기 기체확산층의 일면이 기체 흐름 통로를 흐르는 기체와 접촉되도록 하는 동시에 기체확산층의 타면이 제1충진공간내의 전해질 용액과 접촉되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for providing a mechanical stress comprising a gas flow path formed therein; An electrochemical stress providing block in which a first filling space filled with the electrolyte solution and a second filling space communicating with the first filling space are formed; And a gas diffusion layer disposed between the mechanical stress providing block and the electrochemical stress providing block, the gas diffusion layer being coated with a predetermined amount of platinum; Wherein one surface of the gas diffusion layer is brought into contact with a gas flowing in the gas flow passage and at the same time the other surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the electrolyte solution in the first filling space, Lt; / RTI >
바람직하게는, 상기 기체 흐름 통로는: 기계적 스트레스 제공용 블럭의 하부에 형성된 기체 주입구와; 기계적 스트레스 제공용 블럭의 상부에 형성된 기체 배출구와; 기체 주입구와 기체 배출구 사이에 형성된 기체 접촉 공간; 으로 구성되고, 기체 접촉 공간에서의 기체가 기체확산층의 일면에 접촉되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gas flow passage comprises: a gas inlet formed in a lower portion of the mechanical stress providing block; A gas outlet formed on an upper portion of the mechanical stress providing block; A gas contact space formed between the gas inlet and the gas outlet; And the gas in the gas contact space is in contact with one surface of the gas diffusion layer.
특히, 상기 전기화학적 스트레스 제공용 블럭에는 기체확산층에 전기화학적 스트레스를 주기 위한 전압 인가 수단이 더 장착된 것을 특징으로 한다.In particular, the electrochemical stress providing block may further include a voltage applying unit for applying electrochemical stress to the gas diffusion layer.
바람직하게는, 상기 전압 인가 수단은: 전기화학적 스트레스 제공용 블럭의 상단부에 장착되어 기체확산층과 도전 가능하게 접촉하는 작동 전극과; 제1충진공간에 장착되는 카운터 전극과; 제2충진공간에 장착되는 표준전극; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the voltage application means comprises: a working electrode mounted on the upper end of the block for providing electrochemical stress and in electroconductive contact with the gas diffusion layer; A counter electrode mounted in the first filling space; A standard electrode mounted in the second filling space; .
또한, 상기 기계적 스트레스 제공용 블럭의 기체 배출구에는 액츄에이터에 의하여 개폐 작동되는 차단판이 더 장착된 것을 특징으로 한다.In addition, the gas discharge port of the mechanical stress providing block is further provided with a blocking plate which is opened and closed by an actuator.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: ⅰ) 기체확산층에 담지체가 없는 백금을 일정량 도포하는 단계; ⅱ) 기체 흐름 통로가 형성된 기계적 스트레스 제공용 블럭과, 전해질 용액이 충진된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭 사이에 상기 기체확산층을 배치하여, 기체확산층의 일면이 기체 흐름 통로를 흐르는 기체와 접촉되도록 하는 동시에 기체확산층의 타면이 전해질 용액과 접촉되도록 한 단계; ⅲ) 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스, 또는 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스 및 전압 인가에 의한 전기화학적 스트레스 중 하나를 기체확산층에 제공하여, 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a gas diffusion layer, comprising the steps of: i) applying a predetermined amount of platinum without a support to a gas diffusion layer; Ii) arranging the gas diffusion layer between the mechanical stress providing block formed with the gas flow path and the electrochemical stress providing block filled with the electrolyte solution so that one surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the gas flowing through the gas flow path Contacting the other surface of the gas diffusion layer with the electrolyte solution; Iii) providing the gas diffusion layer with one of mechanical stress due to gas flow, mechanical stress due to gas flow, and electrochemical stress due to voltage application to measure the degree of deterioration and corrosion of the gas diffusion layer; The stress accelerating test method for a gas diffusion layer for a fuel cell is provided.
상기 ⅲ) 단계는: 기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 비활성기체를 흘려주어 비활성기체가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 순환전위법을 이용하여 기체확산층의 백금에 대한 전기화학적 활성면적을 관측하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 한다.In step (iii), an inert gas acting as a mechanical stress is caused to flow through the gas flow path so that the inert gas diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution, and simultaneously the voltage is applied to the gas diffusion layer through the working electrode And the electrochemically active area of the gas diffusion layer of platinum is observed by using the circulation transfer method.
상기 ⅲ) 단계는: 기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 분극법을 이용하여 백금이 도포된 기체확산층의 산소환원분극을 관측하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 하는 한다.The step (iii) may include: flowing oxygen (air) acting as mechanical stress to the gas flow path so that oxygen diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution, and simultaneously applying voltage to the gas diffusion layer through the working electrode And then proceeding by observing the oxygen reduction polarization of the gas diffusion layer coated with platinum by using the polarization method.
상기 ⅲ) 단계는: 기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 교류임피던스법을 활용하여 기체확산층에 대한 임피던스를 측정하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
The step (iii) may include: flowing oxygen (air) acting as mechanical stress to the gas flow path so that oxygen diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution, and simultaneously applying voltage to the gas diffusion layer through the working electrode And then the impedance of the gas diffusion layer is measured using the AC impedance method.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.
첫째, 고분자 전해질 연료전지에 사용되는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)에 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스를 임의로 줄 수 있도록 함으로써, 기체확산층의 점진적인 부식현상 및 열화현상을 짧은 시간동안 확인할 수 있다.First, the electrochemical stress and the mechanical stress can be arbitrarily given to the gas diffusion layer (GDL) used in the polymer electrolyte fuel cell, whereby the progressive corrosion phenomenon and deterioration phenomenon of the gas diffusion layer can be confirmed for a short time.
둘째, 기체확산층의 탄소부식현상 및 기계적 열화현상을 재현하기 위하여 비활성기체를 흘려주면서, 1.0 V 이상의 전압을 시간에 따라 인가하여, 1) 탄소부식 전류 측정, 2) 순환전류법에 의한 백금의 전기화학적 활성면적 측정, 3) 분극법을 이용한 산소환원 분극곡선 측정, 4) 교류 임피던스법을 활용한 임피던스 측정, 등을 통하여 기체확산층의 부식 및 열화현상을 실시간으로 관찰할 수 있다.
Second, in order to reproduce the carbon corrosion phenomenon and the mechanical deterioration phenomenon of the gas diffusion layer, a voltage of 1.0 V or more is applied over time while flowing an inert gas, 1) measurement of carbon corrosion current, 2) 3) measurement of the oxygen reduction polarization curve using the polarization method, and 4) measurement of the impedance using the AC impedance method. In this way, corrosion and deterioration of the gas diffusion layer can be observed in real time.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험에 적용 가능한 기체확산층 종류를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 시험 결과로서, 탄소부식 전위 인가 전후의 기체확산층을 현미경으로 촬영한 이미지도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 시험 결과로서, 탄소부식 전위 인가 후 기체확산층의 탄소부식 전류를 측정한 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 시험 결과로서, 탄소부식 전위 인가 후 기체확산층의 탄소부식 전류를 측정한 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a device for stress acceleration testing of a gas diffusion layer for a fuel cell according to the present invention;
2 is a schematic view showing a kind of a gas diffusion layer applicable to a stress acceleration test of a gas diffusion layer for a fuel cell according to the present invention,
3 is an image obtained by microscopically photographing a gas diffusion layer before and after a carbon corrosion potential is applied as a test result according to Example 1 of the present invention,
4 is a graph showing carbon corrosion current of a gas diffusion layer after carbon corrosion potential application as a test result according to Example 1 of the present invention,
FIG. 5 is a graph showing a carbon corrosion current of a gas diffusion layer after carbon corrosion potential application as a test result according to Example 2 of the present invention. FIG.
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본 발명은 기체확산층에 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스를 가속하여 부가할 수 있도록 함으로써, 기체확산층을 연료전지 셀에 별도로 조립함없이도 단독으로 기체확산층의 성능을 측정할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention is based on the point that it is possible to measure the performance of the gas diffusion layer alone without separately assembling the gas diffusion layer into the fuel cell by allowing electrochemical stress and mechanical stress to be added to the gas diffusion layer.
이를 위해, 먼저 시험대상의 기체확산층의 표면에 담지체가 없는 백금(Pt Black)을 일정량 도포하여 기체확산전극으로 제작하는 바, 이는 기존에 촉매층(연료극 및 공기극)에 사용하는 탄소에 의한 부식 효과를 배제하고, 오로지 기체확산층의 부식만을 정확히 판단하기 위함에 있다.To this end, a predetermined amount of platinum (Pt Black), which does not have a support, is applied to the surface of the gas diffusion layer of the test object to form a gas diffusion electrode. This is because the corrosion effect of carbon used in the catalyst layers (anode and cathode) So that only the corrosion of the gas diffusion layer can be accurately determined.
첨부한 도 2의 (a)를 참조하면, 시험대상의 기체확산층(10)은 탄소섬유층과 MPL(미세기공층: Microporous Layer)으로 구성된 것으로 선정할 수 있고, MPL은 카본블랙과 소수성인 결합체(예, PTFE(Polytetrafluoroethylene))로 슬러리를 만들어서 도포한 것이다.Referring to FIG. 2 (a), the
첨부한 도 2의 (b)를 참조하면, 시험대상의 기체확산층(10)은 탄소섬유층을 배제한 MPL(미세기공층: Microporous Layer) 시트로 구성된 것을 선정할 수 있고, 상기와 같이 MPL은 탄소 성분인 카본블랙과, 소수성 성분인 결합체(예, PTFE(Polytetrafluoroethylene))를 슬러리로 만들어 건조시킨 것이다.Referring to FIG. 2 (b), the
첨부한 도 2의 (c)를 참조하면, 시험대상의 기체확산층(10)은 MPL(미세기공층: Microporous Layer) 시트를 탄소섬유층에 단순 접합시킨 것을 선정할 수 있다.Referring to FIG. 2 (c), the
이와 같이, 시험대상의 기체확산층은 탄소성분을 포함한 것으로 선정되고, 도전을 위하여 담지체가 없는 백금이 일정량 도포된 것으로 제작된다.As described above, the gas diffusion layer to be tested is selected to contain a carbon component and is made by coating a predetermined amount of platinum with no supporting material for the purpose of conducting.
여기서, 상기와 같이 제작된 기체확산층의 가속 열화 시험을 위한 구성을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration for the accelerated deterioration test of the gas diffusion layer constructed as above will be described.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치를 나타낸 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for stress acceleration testing of a gas diffusion layer for a fuel cell according to the present invention; FIG.
도 1에서 보듯이, 상기 기체확산층(10)이 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)과 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30) 사이에 배치된다.As shown in FIG. 1, the
상기 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)은 상하방향으로 기체 흐름 통로(21)가 형성된 구조로 구비된다.The mechanical
이때, 상기 기체 흐름 통로(21)는 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)의 하부에 형성된 기체 주입구(22)와, 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)의 상부에 형성된 기체 배출구(24)와, 기체 주입구(22)와 기체 배출구(24) 사이에 형성된 기체 접촉 공간(23)으로 구성되고, 기체 접촉 공간(23)의 한쪽 벽면은 기체확산층(10)과의 접촉을 위하여 개방된다.At this time, the
또한, 상기 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)의 기체 배출구(24)에는 액츄에이터(미도시됨)에 의하여 개폐 작동되는 차단판(25)이 더 장착되어, 기체 접촉 공간(23)으로부터의 기체 배출량을 조절하는 역할을 하게 된다.The
상기 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30)은 전해질 용액이 충진되는 제1충진공간(31)과 제2충진공간(32)이 내부에 형성된 구조로 구비되는 바, 이렇게 제1충진공간(31)과 제2충진공간(32)으로 구분한 이유는 카운터 전극(34)과 표준전극(35)을 별도의 충진공간에 장착되도록 함에 있다.The electrochemical
이때, 상기 제1충진공간(31)의 한쪽 벽면은 기체확산층(10)과의 접촉을 위하여 개방된다.At this time, one wall surface of the
따라서, 상기 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)과 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30) 사이에 기체확산층(10)을 배치한 후, 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)과 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30)을 통상의 클램핑 수단(미도시됨)을 이용하여 결합시킨 다음, 제1충진공간(31) 및 제2충진공간(32)에 전해질 용액을 충진함으로써, 기체확산층(10)의 일면이 기체 흐름 통로(21)를 흐르는 기체와 접촉 가능한 상태가 되고, 동시에 기체확산층(10)의 타면이 제1충진공간(31)내의 전해질 용액과 접촉되는 상태가 된다.Therefore, after the
한편, 상기 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30)에는 기체확산층(10)에 전기화학적 스트레스를 주기 위한 전압 인가 수단이 더 장착된다.On the other hand, the electrochemical
바람직하게는, 상기 전압 인가 수단은 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30)의 상단부에 장착되어 기체확산층(10)과 도전 가능하게 접촉하는 작동 전극(33)과, 제1충진공간(31)에 장착되는 카운터 전극(34)과, 제2충진공간(32)에 장착되는 표준전극(35)으로 구성된다.Preferably, the voltage application means comprises a working
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 기체확산층 스트레스 가속시험 방법을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the gas diffusion layer stress acceleration test method of the present invention based on the above configuration will be described.
본 발명에 따른 기체확산층 스트레스 가속시험 방법은 초기 기체확산층의 성능을 측정한 후, 기체확산층에 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스를 동시에 제공하여 열화된 기체확산층의 성능을 측정하되, 필요에 따라 수회 이상 반복하여 지속적인 스트레스를 가한 후, 기체확산층의 점진적인 부식현상 및 열화현상을 정확하게 확인할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The stress accelerating test method according to the present invention measures the performance of the initial gas diffusion layer and then measures the performance of the degraded gas diffusion layer by simultaneously providing electrochemical stress and mechanical stress to the gas diffusion layer, The present invention has been made in view of the fact that, after applying a sustained stress, the gradual erosion phenomenon and deterioration phenomenon of the gas diffusion layer can be accurately confirmed.
먼저, 담지체가 없는 백금을 일정량 도포시킨 기체확산층(10)을 제작 구비한다.First, a
즉, 첨부한 도 2를 참조로 전술한 바와 같이, 시험대상의 기체확산층(10)은 탄소성분을 포함한 것으로 선정되고, 도전을 위하여 담지체가 없는 백금이 일정량 도포된 것으로 제작 구비된다.That is, as described above with reference to FIG. 2, the
이렇게 구비된 기체확산층(10)을 기체 흐름 통로(21)가 형성된 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)과, 전해질 용액이 충진된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30) 사이에 배치하여 클램핑시킴으로써, 기체확산층(10)의 일면이 기체 흐름 통로(21)를 흐르는 기체와 접촉 가능한 상태가 되고, 동시에 기체확산층(10)의 타면이 제1충진공간(31)에 충진된 전해질 용액과 접촉되는 상태가 되도록 한다.By providing the
이어서, 상기 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)의 기체 주입구(22)를 통하여 기체를 주입하면, 기체가 기체 접촉 공간(23)을 경유한 후, 기체 배출구(24)를 통하여 배출된다.Subsequently, when the gas is injected through the
이때, 상기 기체 접촉 공간(23)에서의 기체는 기체확산층(10)과 접촉된 상태이므로, 기체확산층(10)을 통하여 제1충진공간(31)내의 전해질 용액으로 확산(도 1의 점선 화살표 참조)되는 바, 이 같은 기체의 흐름은 통상의 연료전지 작동 조건으로서 반응이 일어나는 전극(연료극 또는 공기극)의 전단에 반응기체가 도입되고 후단으로 반응기체가 배출되는 동작과 유사한 흐름을 갖는 것이다.Since the gas in the
따라서, 기체가 기체확산층을 투과하여 흐름에 따라, 기체확산층에 기계적 스트레스(물리적인 피로)를 유발하게 된다.Therefore, as the gas permeates through the gas diffusion layer, it causes mechanical stress (physical fatigue) in the gas diffusion layer.
또한, 상기 기체확산층(10)에 일정량의 기체(비활성 기체 또는 산소)를 제공하는 동시에 기체확산층(10)을 통과하여 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하는 이유는 기체확산층에 기계적 스트레스를 줄 뿐만 아니라, 전해질 용액내의 카운터 전극(34) 및 표준전극(35) 주변에 존재할 수 있는 전해질 용액상의 산소를 제거하는 목적도 있다.The reason for providing a predetermined amount of gas (inert gas or oxygen) to the
이와 동시에, 상기 기체확산층에 전기화학적 스트레스를 주기 위하여 상기 작동전극(33) 및 카운터 전극(34)을 통하여 일정 이상의 전압(탄소부식이 유발되는 전위로서 연료전지의 개회로 전압 인근인 1.0V 이상)을 일정 시간 동안 인가한다.At the same time, a voltage exceeding a certain level (1.0 V or more near the open circuit voltage of the fuel cell as a potential causing carbon corrosion) is applied to the gas diffusion layer through the working
이와 같이, 상기 기체확산층에 기계적 스트레스와 함께 전기화학적 스트레스를 임의로 제공함으로써, 기체확산층의 탄소부식에 의한 전기화학적 열화 현상 및 기체에 의한 기계적 열화 현상을 모사할 수 있고, 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스 및 전압 인가에 의한 전기화학적 스트레스에 의한 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 정확하게 측정할 수 있으며, 결과적으로 강건한 기체확산층 및 미세기공층 시트 등을 개발을 도모할 수 있다.By providing the gas diffusion layer with the electrochemical stress along with the mechanical stress, it is possible to simulate the electrochemical deterioration phenomenon due to the carbon corrosion of the gas diffusion layer and the mechanical deterioration phenomenon caused by the gas, It is possible to accurately measure the degree of deterioration and corrosion of the gas diffusion layer due to the electrochemical stress due to the voltage application. As a result, a robust gas diffusion layer and a microporous layer sheet can be developed.
한편, 상기 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 측정하는 방법으로서, 상기와 같이 기체 흐름 통로(21)에 기계적 스트레스로 작용하는 비활성기체를 흘려주어 비활성기체가 기체확산층(10)을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극(33)을 통해 기체확산층(10)에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 통상의 순환전위법을 이용하여 기체확산층의 백금에 대한 전기화학적 활성면적을 관측하는 방법이 사용될 수 있다.On the other hand, as a method of measuring the degree of deterioration and corrosion of the gas diffusion layer, an inert gas acting as mechanical stress is caused to flow in the
또는, 상기 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 측정하는 방법으로서, 기체 흐름 통로(21)에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층(10)을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극(33)을 통해 기체확산층(10)에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 통상의 분극법을 이용하여 백금이 도포된 기체확산층의 산소환원분극을 관측하는 방법이 사용될 수 있다.Alternatively, as a method of measuring the degree of deterioration and corrosion of the gas diffusion layer, oxygen (air) acting as a mechanical stress is caused to flow through the
또는, 상기 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 측정하는 방법으로서, 기체 흐름 통로(21)에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층(10)을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극(33)을 통해 기체확산층(10)에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 통상의 교류임피던스법을 활용하여 기체확산층에 대한 임피던스를 측정하는 방법이 사용될 수 있다.Alternatively, as a method of measuring the degree of deterioration and corrosion of the gas diffusion layer, oxygen (air) acting as a mechanical stress is caused to flow through the
여기서, 본 발명을 실시예 및 시험예를 통해 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Test Examples.
실시예Example 1 One
먼저, 시험대상의 기체확산층으로서, 탄소섬유층과 MPL(Microporous Layer)으로 구성된 기체확산층 또는 탄소섬유층을 배제한 MPL 시트(탄소 성분인 카본블랙과, 소수성 성분인 결합체(예, PTFE(Polytetrafluoroethylene))를 슬러리로 만들어 건조시킨 것)를 선정하고, 선정된 기체확산층을 연료전지반응이 일어날 수 있도록 백금(Pt) 분말이 코팅된 것(기체확산전극)으로 제작 구비한다.First, as a gas diffusion layer to be tested, a gas diffusion layer composed of a carbon fiber layer and an MPL (Microporous Layer), or an MPL sheet (carbon black as a carbon component and a bonding agent such as PTFE (Polytetrafluoroethylene) ), And the selected gas diffusion layer is fabricated as a platinum (Pt) powder coated electrode (gas diffusion electrode) so that a fuel cell reaction can take place.
이때, 상기 MPL 시트는 카본블랙과 PTFE(Polytetrafluoroethylene, 테플론)을 소량의 물 혹은 에탄올을 이용하여 교반한 후, 용매가 휘발된 고형분 반죽을 얇게 펴서 50~200μm 수준의 두께를 갖는 시트 형태로 준비한다.At this time, the MPL sheet is prepared by mixing carbon black, PTFE (Polytetrafluoroethylene, Teflon) with a small amount of water or ethanol, and then solidifying the volatilized solid dough into a thin sheet having a thickness of 50-200 μm .
이어서, 상기와 같이 기체확산층(10)을 기체 흐름 통로(21)가 형성된 기계적 스트레스 제공용 블럭(20)과, 전해질 용액이 충진된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭(30) 사이에 배치하여 클램핑시킴으로써, 기체확산층(10)의 일면이 기체 흐름 통로(21)를 흐르는 기체와 접촉 가능한 상태가 되고, 동시에 기체확산층(10)의 타면이 제1충진공간(31)에 충진된 전해질 용액과 접촉되는 상태가 되도록 한다.Subsequently, as described above, the
다음으로, 기체 흐름 통로(21)에 기체를 흘려주어 기체가 기체확산층(10)을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 함으로서, 기체확산층에 기계적 스트레스를 제공하고, 동시에 작동전극(33)을 통해 기체확산층(10)에 일정 전압을 인가함으로써, 기체확산층에 전기화학적 스트레스를 제공하였다.Next, a gas is flowed through the
이때, 상기 기체확산층에 제공되는 기체(예, 비활성기체 또는 산소)의 양은 1. 2A/㎠의 상응하는 양인 129 sccm을 주입하였고, 1.45 V의 전압을 인가하였다.At this time, the amount of gas (for example, inert gas or oxygen) supplied to the gas diffusion layer was 129 sccm, which is a corresponding amount of 1. 2A / cm 2, and a voltage of 1.45 V was applied.
바람직하게는, 상기 기체확산층에 전압을 인가할 때, 기체확산층에 포함된 탄소성분의 부식이 유발되는 이론적인 전위로서 1.4 V 이상이 필요하므로 1.45 V를 기체확산층에 인가한 것이다.Preferably, when a voltage is applied to the gas diffusion layer, 1.4 V or more is required as the theoretical potential for causing erosion of the carbon component contained in the gas diffusion layer, so that 1.45 V is applied to the gas diffusion layer.
이와 같이, 기체확산층에 기계적 스트레스를 제공하는 동시에 전기화학적 스트레스를 제공한 후, 이때 발생된 기체확산층의 탄소부식 전류를 측정하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.In this way, mechanical stress was applied to the gas diffusion layer, and electrochemical stress was provided. Then, the carbon corrosion current of the gas diffusion layer generated at this time was measured. The results are shown in FIGS. 3 and 4.
도 3에서 보듯이, 탄소부식 전위 인가 전(도 3의 (a) 도면)에 비하여, 탄수부식 전위 인가 후(50시간 후)에 기체확산층(MPL)에서 부식전류 및 주입기체에 기인한 기계적 열화로 인하여 전극(기체확산층) 손상이 관찰되었고(도 3의 (b) 도면에서 검은색 부위), 탄소부식에 의한 백금이 유실된 것을 알 수 있었다.3, the corrosion current and the mechanical deterioration due to the injected gas in the gas diffusion layer (MPL) after the application of the carbohydrate corrosion potential (after 50 hours) as compared to before the carbon corrosion potential application (Gas diffusion layer) damage was observed (black region in FIG. 3 (b)), and platinum was lost due to carbon corrosion.
또한, 도 4에서 보듯이 탄소부식 전위의 누적 노출에 따른 발생전류로서, 탄소부식전류가 시간이 경과할수록 기체확산층의 구조가 불안정해서 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 4, it can be seen that the structure of the gas diffusion layer is unstably increased with time after the carbon corrosion current as a generated current due to the cumulative exposure of the carbon corrosion potential.
실시예Example 2 2
상기한 실시예 1에서 사용한 MPL 시트를 제작할 때, 카본블랙 대신 다중벽 탄소나노튜브를 넣어서 제조한 후, 실시예 1과 동일한 평가를 진행하였으며, 그 결과는 첨부한 도 5에 도시된 바와 같다.The MPL sheet used in Example 1 was prepared by putting multi-walled carbon nanotubes in place of carbon black, and then evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG.
도 5에서 보듯이, 탄소나노튜브로 구성된 MPL 시트는 실시예1과 동일한 탄소부식전압 인가 및 기체주입에도 탄소부식이 적게 발생하는 것을 관찰할 수 있었으며, 이는 기체확산층으로 사용되는 MPL 시트를 탄소나노튜브를 함유하는 것으로 제작할 경우 부식면에서 유리하다는 것을 증거하는 것이다.As shown in FIG. 5, the MPL sheet composed of the carbon nanotubes was found to have less carbon corrosion even when the carbon corrosion voltage and the gas injection were the same as in Example 1. The MPL sheet used as the gas diffusion layer, It is evidence that it is advantageous in terms of corrosion when it is made with tubes.
이상에서 본 바와 같이, 고분자 전해질 연료전지에 사용되는 기체확산층에 전기화학적 스트레스 및 기계적 스트레스를 임의로 동시에 제공할 수 있도록 함으로써, 기체확산층의 점진적인 부식현상 및 열화현상을 짧은 시간동안 확인하여 평가할 수 있고, 그에 따라 기체확산층의 제법/형태/구조 등을 다양하게 평가할 수 있으므로, 스트레스에 강건한 기체확산층을 제조하는데 기여할 수 있다.
As described above, since the electrochemical stress and the mechanical stress can be arbitrarily provided simultaneously to the gas diffusion layer used in the polymer electrolyte fuel cell, the gradual erosion phenomenon and the deterioration phenomenon of the gas diffusion layer can be checked and evaluated for a short time, Accordingly, the method / structure / structure of the gas diffusion layer can be evaluated in various ways, which can contribute to the production of a stress-resistant gas diffusion layer.
10 : 기체확산층
20 : 기계적 스트레스 제공용 블럭
21 : 기체 흐름 통로
22 : 기체 주입구
23 : 기체 접촉 공간
24 : 기체 배출구
25 : 차단판
30 : 전기화학적 스트레스 제공용 블럭
31 : 제1충진공간
32 : 제2충진공간
33 : 작동전극
34 : 카운터 전극
35 : 표준전극10: gas diffusion layer
20: Block for providing mechanical stress
21: gas flow passage
22: gas inlet
23: Gas contact space
24: gas outlet
25:
30: Block for providing electrochemical stress
31: First filling space
32: second filling space
33: working electrode
34: Counter electrode
35: Standard electrode
Claims (17)
전해질 용액이 충진되는 제1충진공간 및 제1충진공간과 연통되는 제2충진공간이 형성된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭;
상기 기계적 스트레스 제공용 블럭과 전기화학적 스트레스 제공용 블럭 사이에 배치되고, 백금이 일정량 도포된 기체확산층;
을 포함하고,
상기 기체확산층의 일면이 기체 흐름 통로를 흐르는 기체와 접촉되도록 하는 동시에 기체확산층의 타면이 제1충진공간내의 전해질 용액과 접촉되도록 하되,
상기 기체 흐름 통로는:
기계적 스트레스 제공용 블럭의 하부에 형성된 기체 주입구와;
기계적 스트레스 제공용 블럭의 상부에 형성된 기체 배출구와;
기체 주입구와 기체 배출구 사이에 형성된 기체 접촉 공간;
으로 구성되어, 기체 접촉 공간에서의 기체가 기체확산층의 일면에 접촉되고,
상기 기계적 스트레스 제공용 블럭의 기체 배출구에는 액츄에이터에 의하여 개폐 작동되는 차단판이 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치.
A mechanical stress providing block having a gas flow passage formed therein;
An electrochemical stress providing block in which a first filling space filled with the electrolyte solution and a second filling space communicating with the first filling space are formed;
A gas diffusion layer disposed between the mechanical stress providing block and the electrochemical stress providing block and having a predetermined amount of platinum applied thereto;
/ RTI >
One surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the gas flowing in the gas flow path, and the other surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the electrolyte solution in the first filling space,
The gas flow passage comprises:
A gas inlet formed at the bottom of the mechanical stress providing block;
A gas outlet formed on an upper portion of the mechanical stress providing block;
A gas contact space formed between the gas inlet and the gas outlet;
So that the gas in the gas contact space is in contact with one surface of the gas diffusion layer,
Wherein the gas discharge port of the mechanical stress providing block is further provided with a blocking plate which is opened and closed by an actuator.
상기 전기화학적 스트레스 제공용 블럭에는 기체확산층에 전기화학적 스트레스를 주기 위한 전압 인가 수단이 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical stress providing block further comprises voltage applying means for applying electrochemical stress to the gas diffusion layer.
상기 전압 인가 수단은:
전기화학적 스트레스 제공용 블럭의 상단부에 장착되어 기체확산층과 도전 가능하게 접촉하는 작동 전극과;
제1충진공간에 장착되는 카운터 전극과;
제2충진공간에 장착되는 표준전극;
으로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 장치.
The method of claim 3,
The voltage application means comprises:
A working electrode mounted on an upper end of the electrochemical stress providing block and in conductive contact with the gas diffusion layer;
A counter electrode mounted in the first filling space;
A standard electrode mounted in the second filling space;
And the stress concentration of the gas diffusion layer of the fuel cell.
ⅱ) 기체 주입구와, 기체 배출구와, 기체 주입구와 기체 배출구 사이에 형성된 기체 접촉 공간을 포함하는 기체 흐름 통로가 형성된 기계적 스트레스 제공용 블럭과,
전해질 용액이 충진되는 제1충진공간 및 제1충진공간과 연통되는 제2충진공간이 형성된 전기화학적 스트레스 제공용 블럭 사이에
상기 기체확산층을 배치하여, 기체확산층의 일면이 상기 기체 흐름 통로를 흐르는 기체와 접촉되도록 하는 동시에 기체확산층의 타면이 상기 제1충진공간내의 전해질 용액과 접촉되도록 한 단계;
ⅲ) 상기 기체 주입구, 기체 접촉 공간과, 기체 배출구를 따라 흐르는 기체 흐름에 의한 기계적 스트레스 및 전압 인가에 의한 전기화학적 스트레스를 기체확산층에 제공하여, 기체확산층의 열화 및 부식 정도를 측정하는 단계;
를 포함하고,
상기 기계적 스트레스 제공용 블럭의 기체 배출구에는 액츄에이터에 의하여 개폐 작동되는 차단판이 더 장착되어, 기체 접촉 공간(23)으로부터의 기체 배출량이 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 방법.
I) applying a predetermined amount of platinum to the gas diffusion layer;
Ii) a mechanical stress providing block formed with a gas flow path including a gas inlet, a gas outlet, and a gas contact space formed between the gas inlet and the gas outlet,
Between a first filling space filled with the electrolyte solution and a second filling space communicated with the first filling space is formed between the electrochemical stress providing block
Arranging the gas diffusion layer so that one surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the gas flowing in the gas flow passage and the other surface of the gas diffusion layer is brought into contact with the electrolyte solution in the first filling space;
Iii) measuring the deterioration and corrosion degree of the gas diffusion layer by providing the gas diffusion layer with the mechanical stress caused by the gas flow flowing through the gas inlet, the gas contact space, and the gas outlet, and the electrochemical stress due to the voltage application;
Lt; / RTI >
Wherein the gas discharge port of the mechanical stress providing block is further provided with a shielding plate which is opened and closed by an actuator so as to control the gas discharge amount from the gas contact space.
상기 ⅲ) 단계는:
기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 비활성기체를 흘려주어 비활성기체가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 순환전위법을 이용하여 기체확산층의 백금에 대한 전기화학적 활성면적을 관측하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 방법.
The method of claim 6,
Wherein step iii) comprises:
An inert gas acting as a mechanical stress is caused to flow in the gas flow passage so that the inert gas diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution and simultaneously the voltage is applied to the gas diffusion layer through the working electrode for a predetermined time, Wherein the electrochemically active area of the gas diffusion layer is measured by observing the electrochemically active area of the gas diffusion layer with respect to platinum.
상기 ⅲ) 단계는:
기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 분극법을 이용하여 백금이 도포된 기체확산층의 산소환원분극을 관측하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 방법.
The method of claim 6,
Wherein step iii) comprises:
Oxygen (air) acting as a mechanical stress is caused to flow in the gas flow path so that oxygen diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution and simultaneously a voltage is applied to the gas diffusion layer through the working electrode for a predetermined time, And the oxygen diffusion polarization of the gas diffusion layer coated with platinum is observed.
상기 ⅲ) 단계는:
기체 흐름 통로에 기계적 스트레스로 작용하는 산소(공기)를 흘려주어 산소가 기체확산층을 통해 전해질 용액쪽으로 확산되도록 하고, 동시에 작동전극을 통해 기체확산층에 일정 시간 동안 전압을 인가한 후, 교류임피던스법을 활용하여 기체확산층에 대한 임피던스를 측정하는 방법으로 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층의 스트레스 가속시험 방법.The method of claim 6,
Wherein step iii) comprises:
Oxygen (air) acting as a mechanical stress is caused to flow through the gas flow path so that oxygen diffuses through the gas diffusion layer toward the electrolyte solution and simultaneously a voltage is applied to the gas diffusion layer through the working electrode for a predetermined time, Wherein the step of measuring the impedance of the gas diffusion layer for the fuel cell comprises the step of measuring the impedance of the gas diffusion layer.
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CN118758844B (en) * | 2024-09-09 | 2025-01-10 | 大连美牛新能源有限公司 | Accelerated testing method for corrosion resistance of gas diffusion layer |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150376803A1 (en) * | 2012-10-09 | 2015-12-31 | Brookhaven Science Associates, Llc | Gas Diffusion Electrodes and Methods for Fabricating and Testing Same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101866872B1 (en) * | 2012-09-26 | 2018-06-15 | 삼성전자주식회사 | Membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells and method of preparing the same |
KR101684506B1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-12-20 | 현대자동차 주식회사 | Method for testing feeding fuel cell stack and apparatus for producing fuel cell stack using it |
-
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- 2016-10-18 KR KR1020160134893A patent/KR101916529B1/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150376803A1 (en) * | 2012-10-09 | 2015-12-31 | Brookhaven Science Associates, Llc | Gas Diffusion Electrodes and Methods for Fabricating and Testing Same |
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