초소형 이젝터를 활용한 연료전지 공기 공급

기존 소형 연료전지 시스템은 기계식 공기 펌프 사용으로 상당한 기생 전력 소모가 발생하여 효율 저하의 원인이 됩니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 양극 배기 가스를 구동 유체로 활용하는 초경량(0.2g) 마이크로 이젝터를 개발하여 전력 소모 없이 음극 공기를 공급하는 방안을 제시합니다. 스테레오리소그래피 방식으로 제작된 이 이젝터는 100 kPa 미만의 저압 조건에서 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 형상을 최적화했습니다. 이를 통해 최대 12의 동반비(ER)를 달성하며 4 이상의 높은 동반 효율을 보였습니다. 최적화된 이젝터를 양성자 교환막 연료전지(PEFC)에 통합한 결과, 최대 0.28 W의 안정적인 전력 출력을 확인했습니다. 또한, 12시간 동안 정전류 운전 시 5 mV 미만의 전압 변동을 보여, 능동적인 유량 제어 없이도 안정적인 음극 공기 공급이 가능함을 입증했습니다. 이 기술은 휴대용 및 분산형 연료전지 시스템에 적합한 경량 및 소형의 BOP(Balance-of-Plant) 솔루션을 제공하여, 연료전지 시스템의 효율성과 실용성을 크게 향상시킬 수 있습니다.