#라플라스 압력

구조화 기체-액체 접촉기의 계면 안정성 상분율장 시뮬레이션: 기체확산전극 설계 규칙

연구진은 카안-힐리어드-나비에-스토크스(Cahn-Hilliard-Navier-Stokes) 방정식에 기반한 상분율장(phase-field) 시뮬레이션으로, 구조화된 다공 매질의 형상·젖음성(wettability)·3차원 토폴로지가 기체확산전극(GDE) 내부 기체-액체 계면의 안정 운전 범위를 어떻게 결정하는지 정량화했다. 각 형상을 라플라스 압력(Laplace pressure) 곡선으로 특성화해 허용 최대 압력차와 압력 변동에 대한 계면 강성(stiffness)을 함께 산출했다. 개방 면적을 일정하게 유지한 단일 평면 오리피스에서 종횡비를 1에서 6으로 늘리면 허용 압력차가 40% 증가하고 강성은 3.3배로 커졌으며, 동일 폭 슬릿과의 비교 결과 이 이득은 전적으로 개구 폭 감소에서 비롯된 것으로 나타났다. 전단된 다이아몬드형 개구는 효과가 뚜렷히 낮았고, 직조 메시(woven mesh)에서는 젖음성이 운전 범위를 넓히기보다 주로 이동시켜 플러딩(flooding) 여유를 돌파(breakthrough) 여유와 맞바꾸는 경향을 보였다. 다만 이 결과는 시뮬레이션 기반 해석이며 실제 유기 전기합성 셀에서의 실험적 검증은 초록에 제시되지 않았다.

9월 28일