전해조 부품에서 PTL과 GDL의 역할은 무엇인가요? 물질 전달 및 전도성에 대한 필수적인 통찰력

다공성 운송층(PTL)과 기체 확산층(GDL)은 전해조 스택 내의 중요한 계면 역할을 합니다. 이들은 거시적인 양극판과 미시적인 활성 촉매 사이에서 액체, 기체 및 전기의 동시 흐름을 관리하는 다목적 부품으로 기능합니다.

PTL과 GDL은 전기화학 전지의 필수적인 다리 역할을 하여, 물과 기체의 물리적 전달이 반응을 구동하는 데 필요한 전기적 연결을 손상시키지 않도록 보장합니다.

물질 전달 최적화

균일한 반응물 분포

전해의 주요 과제는 반응물(물)이 흐름 채널 바로 아래 영역뿐만 아니라 촉매층의 모든 부분에 도달하도록 보장하는 것입니다.

일반적으로 높은 다공성 재료로 구성된 PTL/GDL은 전체 표면적에 걸쳐 물을 고르게 분배합니다. 이러한 균일성은 반응 부위의 "기아"를 방지하고 전지의 효율성을 극대화합니다.

효율적인 기체 배출

전기화학 반응이 진행됨에 따라 수소 및 산소와 같은 생성물 기체가 빠르게 생성됩니다.

이러한 기체가 즉시 제거되지 않으면 물이 촉매에 도달하는 것을 막는 기포를 형성할 수 있습니다. PTL/GDL의 다공성 구조는 이러한 기체의 빠른 배출을 촉진하여 활성 부위를 깨끗하게 유지하여 지속적인 반응을 가능하게 합니다.

전기적 연결

전류 수집기 역할

유체 역학 외에도 이러한 층은 중요한 전자적 역할을 합니다.

이들은 전류 수집기 역할을 하여 단단한 양극판에서 섬세한 촉매층으로 전기를 전도합니다. 촉매는 종종 얇거나 분말 기반이기 때문에 PTL은 반응에 에너지를 공급하는 전도성 다리 역할을 합니다.

재료 구성

전도성과 투과성을 모두 달성하기 위해 이러한 층은 특정 재료에 의존합니다.

일반적인 구성에는 니켈 메쉬, 니켈 펠트 또는 탄소 천이 포함됩니다. 이러한 재료는 유체 전달에 필요한 높은 다공성을 유지하면서 전지를 지지하는 기계적 강도를 제공합니다.

절충점 이해

다공성과 전도성 균형

효과적인 PTL 또는 GDL을 설계하는 것은 명확한 엔지니어링 절충점을 포함합니다.

높은 다공성은 유체 흐름(물 유입, 기체 유출)에 매우 좋지만 전기를 전도하는 데 사용 가능한 고체 재료의 양을 줄입니다. 반대로, 더 조밀한 재료는 전기를 더 잘 전도하지만 유체 이동을 제한하여 물질 전달 제한을 유발할 수 있습니다.

목표에 맞는 올바른 선택

전해조의 효과는 종종 PTL 또는 GDL이 이러한 경쟁 기능을 얼마나 잘 균형 잡는지에 달려 있습니다.

• 주요 초점이 높은 전류 밀도인 경우: 대량의 기체 방울을 신속하게 배출하는 데 적합한 최적화된 기공 구조를 가진 재료를 우선시하십시오.
• 주요 초점이 전기 효율인 경우: 접촉 저항을 최소화하는 더 높은 고체 함량 또는 특정 직조를 가진 재료를 우선시하십시오.

이상적인 PTL은 전자 흐름의 병목 현상이 되지 않으면서 촉매의 활성 면적을 최대화합니다.

요약 표:

기능	설명	성능에 미치는 영향
물질 전달	물을 균일하게 분배하고 기포(H2/O2)를 배출합니다.	부위 기아를 방지하고 전지 효율을 극대화합니다.
전기적 연결	양극판에서 촉매층으로 전기를 전도합니다.	반응을 위한 주요 전류 수집기 역할을 합니다.
구조적 지지	막 전극 어셈블리에 기계적 안정성을 제공합니다.	전지 스택의 내구성 있는 접촉과 수명을 보장합니다.
재료 선택	일반적으로 니켈 메쉬, 니켈 펠트 또는 탄소 천입니다.	다공성과 옴 저항 간의 균형을 결정합니다.

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참고문헌

1. Inês Rolo, F. P. Brito. Hydrogen-Based Energy Systems: Current Technology Development Status, Opportunities and Challenges. DOI: 10.3390/en17010180

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