공랭식 연료전지의 수랭식 연료전지보다 수명이 짧은 이유는 무엇일까요?

연료 전지 기술에서 냉각 시스템의 선택은 열 방출 효율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 스택의 핵심 수명에도 직접적인 영향을 미칩니다. 공랭식과 수랭식이라는 두 가지 주류 냉각 방식에는 스택 내구성에 영향을 미치는 "유전적 수준"의 차이가 존재합니다.

냉각 매체 측면에서 볼 때, 차이점은 무엇인가요? 공랭식 및 수랭식 연료 전지 ?

공랭식 시스템은 냉각 매체로 공기를 사용합니다. 공기는 비열 용량이 낮아 열을 전달하는 능력이 제한적입니다. 실제 작동 시 연료 전지 스택 내부에 국부적인 고온 지점이 쉽게 발생할 수 있습니다. 이러한 불균일한 온도 분포는 성능 저하를 초래할 뿐만 아니라 재료 열화를 가속화합니다. 특히 양성자 교환막과 촉매층의 화학적 열화 속도는 고온에서 기하급수적으로 증가합니다. 액체 냉각 시스템은 비열 용량이 더 높은 냉각제(일반적으로 탈이온수와 에틸렌 글리콜 혼합물)를 사용합니다. 이는 마치 열 전달을 위한 고효율 "열 고속도로"를 구축하는 것과 같습니다. 연료 전지 스택이는 반응열을 균일하고 신속하게 제거하여 연료전지 스택이 최적의 가장 균일한 온도 범위에서 작동하도록 유지함으로써 재료의 노화 과정을 근본적으로 늦춥니다.

제어 논리 측면에서 공랭식 연료 전지와 수랭식 연료 전지의 차이점은 무엇입니까?

공랭식 시스템은 근본적인 상충 관계에 직면합니다. 동일한 공기 흐름이 가스 공급(화학 반응에 필요한 산소)과 냉각이라는 두 가지 역할을 모두 수행해야 하기 때문입니다. 열을 발산하려면 공기 흐름을 늘려야 할 수도 있지만, 이렇게 하면 막 전극에 필요한 수분이 날아가 막이 건조해집니다. 반대로 수분을 유지하려면 열 발산이 희생되어 과열될 수 있습니다. 이러한 수분-열 균형의 불안정성 때문에 연료 전지 스택은 장시간 동안 "스트레스" 상태에 놓이게 됩니다. 하지만 액체 냉각 시스템은 완벽한 기능 분리를 실현합니다. 공기 흐름 경로는 공기 공급 전용이고, 냉각수 흐름 경로는 온도 제어 전용입니다. 두 경로는 제어 시스템을 통해 독립적으로 최적화되어 연료 전지 스택이 항상 최적의 온도 및 습도 "스위트 스팟"에서 작동하도록 보장합니다. 이러한 안정적이고 제어 가능한 내부 환경은 연료 전지 스택의 긴 수명의 기반이 됩니다.

작동 조건 반응 측면에서 공랭식 연료 전지와 수랭식 연료 전지의 차이점은 무엇입니까?

공랭식 스택은 종종 "자가 가속" 전력 출력 특성을 나타냅니다. 즉, 부하 증가 → 열 발생량 증가 → 냉각에 필요한 공기 흐름량 증가 → 막 전극 어셈블리 건조 → 내부 저항 증가 → 폐열 증가로 이어지는 불안정한 양의 피드백 루프가 발생합니다. 더욱 심각한 것은, 빈번하고 극심한 습건 사이클로 인해 촉매층, 가스 확산층 및 막에 막대한 기계적 스트레스가 가해져 박리 및 균열과 같은 물리적 손상이 발생한다는 점입니다. 액체 냉각 시스템은 외부 펌프와 폐루프 제어를 통해 능동적이고 원활한 전력 조절을 구현합니다. 냉각수 흐름과 온도는 부하 변화에 정확하고 신속하게 반응하여 스택 내부 상태의 변동을 최소화합니다. 또한 열팽창/수축 및 습건 사이클이 감소하여 재료 구조의 내구성이 자연스럽게 향상됩니다.

생활 환경 측면에서 공랭식 연료 전지와 액체 냉각식 연료 전지의 차이점은 무엇인가요?

공랭식 연료전지 시스템은 연료전지 스택의 음극(공기 전극)이 외부 환경에 직접 노출되는 방식입니다. 먼지, 염분, 황화물과 같은 공기 중 오염 물질이 쉽게 침투하여 고가의 백금 촉매에 직접 부착되고, 가스 확산층의 기공을 막아 촉매를 손상시킬 수 있습니다. 이러한 촉매층 오염은 비가역적인 성능 저하의 주요 원인 중 하나입니다. 반면, 액체 냉각 시스템은 일반적으로 음극 공기 흡입구에 엄격한 필터링이 적용되고, 전체 연료전지 스택이 비교적 밀폐된 케이스에 담겨 있어 촉매층을 "클린룸" 수준의 환경으로 보호하고 오염으로 인한 성능 저하를 크게 늦춥니다.

요약하자면, 공랭식 연료 전지 일반 연료 전지는 마치 혹독한 환경에 적응해야 하는 뛰어난 "단거리 선수"와 같습니다. 구조가 단순하고 시동이 빠르며 비용이 저렴합니다. 드론이나 저속 차량처럼 수명이 비교적 짧은 경량의 간헐적 응용 분야에 적합합니다. 반면 액체 냉각 연료 전지는 마라톤을 위해 설계된 "장거리 챔피언"과 같습니다. 더욱 복잡하고 정교한 시스템을 통해 장기적인 안정성을 최우선으로 합니다. 내구성에 중점을 두기 때문에 승용차, 상용 트럭, 고정식 발전과 같은 주류 응용 분야에 적합한 핵심 선택입니다.