유동 채널의 형상은 고온 고체산화물 전기분해 셀(solid oxide electrolysis cells, SOECs)에서 가스 분포, 온도 균일성, 전기화학적 효율에 강한 영향을 미친다. 그러나 유동 채널 형상을 수정했을 때 이러한 성능 지표에 미치는 영향은 충분히 조사되지 않았다. 본 연구는 핀형(pin-type) 유동 채널을 갖는 SOEC의 성능을 서로 다른 유동 채널 형상—사각형, 원형, 삼각형, 그리고 챔퍼 처리된(chamfered) 형상—에 대해 평가한다. 열 및 물질전달을 위한 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 시뮬레이션, 정해진 전류밀도에서의 전압 요구를 평가하기 위한 전기화학 모델, 가역적 물-가스 전환 반응(reversible water-gas shift reaction)의 반응속도론을 위한 화학 모델을 결합한 3차원(3D) 다물리(멀티피직스) 모델을 개발하였다. 그 결과, 챔퍼 처리된 유동 채널이 가스 전환율 향상과 더 균일한 온도 분포를 동반하여 우수한 전기화학적 성능을 제공함이 확인되었다. 특히 전류밀도 10,000 A/m²에서 챔퍼 처리된 채널은 핀형 채널에 비해 전압 요구를 15.08% 감소시켰고, 합성가스(syngas) 1몰당 에너지 소비량을 21% 감소시켰다. 또한 수정된 채널에서는 물-가스 전환 반응 속도가 향상되었다. 이러한 결과는 유동 채널 형상을 최적화함으로써 SOEC 성능을 향상시킬 수 있으며, 실용적인 설계 개선을 위한 지침을 제공할 수 있음을 시사한다. • 다양한 채널에 대해 SOEC 성능을 평가하기 위한 3D 다물리 모델을 개발하였다. • 챔퍼 처리된 채널은 효율을 향상시키고 온도 분포를 균일하게 하였다. • 챔퍼 처리된 채널은 10,000 A/m²에서 전압 요구를 15.08% 감소시켰다. • 수정된 채널은 가역적 물-가스 전환 반응 속도와 가스 전환을 증가시켰다.

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