COMSOL Multiphysics® 5.6 Release Highlights


Fuel Cell & Electrolyzer Module


5.6버전에서 Fuel Cell & Electrolyzer 모듈이 새롭게 출시되었습니다. 이 제품은 COMSOL Multiphysics의 확장 모듈이며, 연료전지와 전해조(또는 수전해)를 모델링 하기 위한 새로운 Hydrogen Fuel Cell와 Water Electrolyzer 물리 인터페이스를 포함하고 있습니다. 아래에서 더 자세한 내용을 보시기 바랍니다.


Modeling Fuel Cells and Electrolyzers


Fuel Cell & Electrolyzer 모듈은 엔지니어에게 연료전지와 전해조를 위한 최신 모델링 및 시뮬레이션 도구와 함께 실제적인 유동 흐름 특성 및 상세한 전기화학 시뮬레이션을 위한 범용 도구를 제공합니다. 이 모듈을 사용하면 수소전기차와 에너지 저장 장치 기술을 분석하거나 최적화할 때, 전하전달, 전극반응, 열역학, 기상 확산, 다공성 매질 유동, 그리고 이상(two-phase) 유동을 고려할 수 있습니다.

Fuel Cell & Electrolyzer 모듈을 사용해서 고분자 전해질 막 수전해의 기체부피분율.

Fuel Cell & Electrolyzer 모듈을 사용해서 고분자 전해질 막 수전해의 기체부피분율.


5.6버전에서 Batteries & Fuel Cells 모듈의 기능은 그대로 보유하면서 제품명이 Battery Design 모듈로 변경되었습니다. 연료전지와 전해조 모델링을 하는 사용자는 새로운 Fuel Cell & Electrolyzer 모듈을 사용하시길 추천드립니다.

아래 항목들은 전기화학 모델링을 하기 위해 사용해온 이전 버전의 모듈에서는 제공하지 않았던, 연료전지와 수전해 모델링에 관련된 일반적인 기능 관련 소식을 조명합니다.


Predefined Oxygen and Hydrogen Electrodes


Fuel Cell & Electrolyzer모듈에서 기체확산전극을 모델링하는 것은 매우 간단합니다. 추가한 경계조건을 토대로 사용자 인터페이스에서 기상 및 공극 전해액의 수지식이 자동적으로 정의됩니다. 수소와 산소 전극을 정의하기 위해 각각 분리된 도메인 기능을 제공합니다. 주요 전극반응이 선 정의되어 있지만, 반응속도를 변경하거나 이중반응 및 기생반응을 추가할 수 있습니다. 이와 같이 선 정의된 전극은 연료전지와 전해조에서 모두 사용할 수 있습니다.

추가스크린샷 보기


Automatic Generation of Iterative Solvers


솔버 설정을 수행할 수 있는 해석 단계 노드에서 기본으로 사용되는 Direct 솔버뿐만 아니라 Iterative Geometric 과 Algebraic Multigrid 솔버가 자동적으로 생성됩니다. 반복 솔버는 큰 모델에서 메모리 사용과 계산 시간을 절감할 수 있습니다.

추가스크린샷 보기


Linearization of Concentration Dependence in Electrode Kinetics


새로운 Linearization 옵션은 화학양론계수가 비정수(nonunit)인 경우 음수의 지수함수를 계산하게 되는 이슈를 피하기 위해 전극 반응속도론을 개선합니다. 이 기능은 평형전위를 설정하기 위한 Nernst 공식과 교환전류밀도를 설정하기 위한 Mass action law 또는 Lumped multistep을 함께 사용하도록 설정한 경우, Tertiary Current Distribution 인터페이스의 Electrode Reaction 노드와 Porous Electrode Reaction 노드에서 제공되고 있습니다. Linearization 옵션은 새로 모델을 만들면 디폴트로 설정되고, Nernst 공식과 mass action law 또는 lumped multistep 반응속도론 옵션을 사용하는 모든 튜토리얼 모델에서 사용됩니다.

추가스크린샷 보기


Highly Conductive Porous Electrode


새로운 Highly Conductive Porous Electrode 도메인 노드가 대부분의 전기화학 인터페이스에서 제공됩니다. 이 기능은 전자를 전도하는 전극상에서 전도도가 높은 다공성 전극에 사용할 수 있습니다. 이 기능을 통해 전극 퍼텐셜을 공간 변수가 아닌 전역 변수로 대체할 수 있어 문제의 자유도 개수를 줄일 수 있게 됩니다.

Revamped Porous Media Features for Transport of Diluted Species


새로운 Porous Medium 노드를 사용하기 위해 Transport of Diluted Species in Porous Media 인터페이스가 개선되었습니다. Porous Medium과 Unsaturated Porous Medium 도메인 노드가 새롭게 제공됩니다. 다공성 매질에서 다중 상(multiple phases)에 해당하는 물성값을 부여하기 위해 새로운 Porous Medium 노드를 사용할 수 있습니다. 그 새로운 Porous Medium는 액체, 기체, 그리고 다공성 매트릭스의 특성을 정의하기 위한 목적으로 사용됩니다. Ceramic Water Filter with Activated Carbon Core 튜토리얼 모델에서 이 기능을 확인할 수 있습니다.

세라믹 워터 필터 캔들에서 오염물질의 농도.

세라믹 워터 필터 캔들에서 오염물질의 농도.


Included Tutorial Models


Fuel Cell & Electrolyzer 모듈에 몇 가지 튜토리얼 모델을 포함하고 있습니다.

Mass Transport and Electrochemical Reaction in a Fuel Cell Cathode

Hydrogen Fuel Cell 인터페이스를 사용해서 연료전지의 캐소드 반응층의 국부 과전위를 모델링하였습니다.

Hydrogen Fuel Cell 인터페이스를 사용해서 연료전지의 캐소드 반응층의 국부 과전위를 모델링하였습니다.

Fuel Cell with Serpentine Flow Field

Reacting Flow 멀티피직스 인터페이스를 사용해서 사형유로(serpentine flow field)를 포함한 연료전지에서 산소의 몰분율을 모델링하였습니다.

Reacting Flow 멀티피직스 인터페이스를 사용해서 사형유로(serpentine flow field)를 포함한 연료전지에서 산소의 몰분율을 모델링하였습니다.


Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer

Mixture Model, Laminar Flow 인터페이스를 사용해서 고분자 전해질막 전해조의 기체부피분율을 모델링하였습니다.

Mixture Model, Laminar Flow 인터페이스를 사용해서 고분자 전해질막 전해조의 기체부피분율을 모델링하였습니다.

Solid Oxide Electrolyzer Cell

고분자 전해질 막 전해조에서 기체부피분율을 해석하였습니다. 두 번째 예제는 양극의 기체 혼합물의 특성을 자동적으로 정의하기 위해 Thermodynamics 기능을 사용하였습니다.

고분자 전해질 막 전해조에서 기체부피분율을 해석하였습니다. 두 번째 예제는 양극의 기체 혼합물의 특성을 자동적으로 정의하기 위해 Thermodynamics 기능을 사용하였습니다.


Mass Transport Analysis of a High-Temperature PEM Fuel Cell

Reacting Flow 다중물리 인터페이스를 사용해서 연료전지의 음극과 양극에서 물의 몰분율을 모델링하였습니다.

Reacting Flow 다중물리 인터페이스를 사용해서 연료전지의 음극과 양극에서 물의 몰분율을 모델링하였습니다.

Ohmic Losses and Temperature Distribution in a Passive PEM Fuel Cell

Electrochemical Heating 다중물리 연동을 통해 PEMFC의 온도분포를 모델링하였습니다.

Electrochemical Heating 다중물리 연동을 통해 PEMFC의 온도분포를 모델링하였습니다.