이 연구는 알칼라인 수전해 셀과 전기화학 수소 압축기 셀을 포함한 수소 기반 전기화학 시스템의 핵심 요소들을 종합적으로 고려하며, 모델링, 검증 그리고 성능 향상에 초점을 맞추고 있다. 첫번째로 수산화 칼륨 수용액을 사용하는 제로 갭 알칼라인 수전해 셀에 대한 3 차원 수치해석 모델을 개발했다. 이 모델은 수소 및 산소 발생 반응과 물질 이동 그리고 전하 이동을 모두 고려하여 2.0 A/㎠ 까지의 전류밀도 범위에서 실험 데이터와 IV 성능곡선을 비교 및 검증했다. 전류밀도에 따라 퍼텐셜 변화와 반응물 및 생성물의 분포 특성 등에 대해 면밀히 분석했으며, 특히, 수산화 이온의 확산이 옴저항손실에 미치는 영향에 대해 상세히 분석했다. 그리고 기체 버블의 발생과 거동 그리고 기포에 의한 차단이 전기화학 반응에 미치는 영향을 고려하는 알칼라인 수전해 이상 해석모델을 추가적으로 개발했으며 다양한 작동 및 셀 조건에서 기포가 셀 성능에 미치는 영향에 대해 연구했다. 그리고 두번째로 수소 산화 반응과 발생 반응, 물질 거동과 전하 이동을 모두 고려한 전기화학적 수소압축기 셀 해석 모델을 개발했다. 전산 유체역학과 유한요소법을 결합한 이 모델을 통해 압력차에 의해 변형된 셀에서 전기화학적 수소압축기의 성능과 안정성에 대해 분석했다. 그리고 전해질 막 탈수 같은 문제와 특히 낮은 압축비에서의 셀 구성 요소의 기계적 변형에 대해 정확하게 예측 및 분석했다. 또한, 전기화학적 수소 압축기의 설계적인 측면에서 전해질 막 두께, 가스확산층 두께, 유동채널의 너비와 같은 설계변수들이 물 관리, 기계적 안정성 그리고 셀 성능에 미치는 영향에 분석한 결과 더 얇은 전해질 막과 두꺼운 가스 확산 층일수록 성능과 기계적 안정성을 향상시킨다는 것을 밝혀냈으며, 전기화학적 수소 압축기 설계 시 성능과 내구성을 최적화하기 위한 균형이 필요함을 강조했다. 이러한 연구들은 알칼라인 수전해 셀과 전기화학적 수소 압축기 셀에서의 물리적 현상에 대한 깊은 이해를 제공한다.