2조-수소가미래다

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 교육용 모형 자동차용 양성자 교환막 연료전지 시스템 개발

영문 : Development of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) System for Educational Model Mobility

과제 팀명

수소가 미래다

지도교수

나영승 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2016430008 명선형(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2016430037 최보근

서울시립대학교 기계정보공학과 2016430013 박진오

서울시립대학교 기계정보공학과 2016430044 나와브알리압둘라

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

양이온교환막연료전지(PEMFC)는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 발전장치로 이때 수소는 환경오염물질을 배출하지 않는 차세대 에너지 매체로 주목받고 있다.

현재 ‘스마트 모빌리티’ 강의에서 사용하는 모형 자동차의 경우 Xytron사에서 제작한 자이카(Xycar)를 사용하고 있다. 이때 메인 보드와 모터 구동을 위해 각각 리튬이온배터리와 니켈수소배터리를 사용하고 있다. 하지만, 수업의 특성상 잦은 급브레이크와 후진으로 니켈수소배터리가 빨리 방전되게 된다. 또한, 현재의 경우 특정 미션 수행의 판단을 속도로만 판단하기 때문에 ‘스마트 모빌리티’에서 가장 중요한 요소 중 하나인 ‘에너지‘가 배제되어 있다는 한계가 존재한다.

본 과제는 PEMFC 스택을 교육용 모형 자동차에 적용하여 리튬폴리머(Li-Po)전지와 하이브리드로 작동하는 Power System을 구축하고, 이를 사용자가 제어할 수 있는 플랫폼을 제작하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 교육용 모형 자동차의 주행성능과 주행가능 시간을 높여 미션수행에 최적화된 모델을 제시한다. 또한, 사용자가 실시간으로 니켈 수소 배터리와 수소탱크 압력을 통해 잔량을 파악할 수 있고, 현재 사용량을 바탕으로 Power System을 변경할 수 있는 플랫폼을 구축함으로써 보다 현실적인 ‘스마트 모빌리티’ 설계가 가능하도록 한다.

개발 과제의 배경

</r></n>

- 짧은 구동시간

기존에 ‘스마트모빌리티’ 강의에서 사용하고 있는 Xytron사의 자이카의 모터 구동을 위한 배터리는 니켈수소(NiH)전지 (8.4V, 3000mAh, 25.2Wh)를 사용하여 모터를 구동한다. 이 때 모터의 구동시간은 약 2시간으로 매우 짧아 실습 강의 및 과제 수행에 어려움을 겪는다. 이를 해결하기 위한 방안이 필요하다.

- 각광받는 연료전지

화석연료 사용에 따른 지구온난화 현상은 가속화 되고 있다. 이러한 영향으로 세계 각국에서는 이산화탄소 규제 정책을 추진하고 있으며, 친환경 모빌리티에 대한 개발은 필수적이다. 그리고 수소는 환경오염물질을 배출하지 않는 차세대 에너지 매체 중 하나로 주목받고 있다.

연료전지는 이러한 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 발전장치이다. 따라서 연료만 충분하다면 충전을 하지 않고 계속해서 전기를 생산할 수 있다. 연료전지의 경우 이온이 이동하는 막의 종류에 따라 각각의 출력과 운전조건 등이 상이하기 때문에 필요 출력에 따라서 연료전지를 선택해야한다. 그 중 PEMFC는 고분자 전해질 막을 사용하는 연료전지로 작은 부피, 높은 출력, 낮은 운전온도 등의 장점으로 모빌리티에 적용할 수 있는 가장 적절한 연료전지이다. 이 장점을 살려 양이온교환막연료전지와 기존의 배터리가 하이브리드로 작동할 수 있는 시스템을 설계한다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용