• 제목/요약/키워드: 고분자 전해질형 연료전지 스택

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항공기 동력원으로 연료전지시스템 적용시 고려사항 고찰 (Study of Fuel Cell System for Aerial Vehicles)

  • 구영모;김명환;유승을
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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    • pp.683-684
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    • 2011
  • 연료전지시스템을 항공기 동력원으로 사용하기 위해서는 요구되는 출력에 필요한 스택성능과 한정된 부피 내 연료전지시스템을 탑재하기 위한 운전장치 구성, 그리고 무게를 최소화하기 위한 부품 및 재료 선정이 필요하다. 스택의 기본성능은 MEA(Membrane electrode assembly)와 기체확산층 구조, 분리판 디자인 및 운전조건 등에 의해 결정된다. 스택의 기본성능은 연료전지시스템을 구성하는 운전장치 구성 및 성능에 의해 달라지기 때문에 어떠한 운전장치를 어떠한 구성으로 설계하는가에 따라서 성능이 변한다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 연료전지시스템을 항공기 동력원으로 사용하기 위해서 고려되어야할 스택과 운전장치의 구성이 성능에 미치는 영향과 운전환경(스택 경사, 고도)이 연료전지 스택성능에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.

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고분자 연료전지 스택에서 질소 크로스오버 특성에 관한 연구 (Characterization of Nitrogen Gas Crossover in PEM Fuel Cell Stacks)

  • 백경돈;김민수
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제33권3호
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    • pp.207-214
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    • 2009
  • Crossover of nitrogen from cathode to anode is inevitable in typical membranes used in PEM fuel cells. This crossovered nitrogen normally accumulates in the hydrogen recirculation system at anode side channels. Excessive buildup of nitrogen in the anode side lowers the relative hydrogen concentration and finally affects the performance of fuel cell stack. So it is very important to analysis the nitrogen gas crossover at various operating conditions. In this study, characterization of nitrogen gas crossover in PEM fuel cell stack was investigated. The mass spectroscopy (MS) has been applied to measure the amount of the crossovered nitrogen gas at the anode exit. Results show that nitrogen gas crossover rate was affected by current density, anode and cathode stoichiometric ratio and operating pressure. Current density, anode stoichiometric ratio and anode operating pressure do not affect nitrogen crossover rate but anode exit concentration of nitrogen. Cathode pressure and stoichiometric ratio largely affect the nitrogen crossover rate.

PEMFC의 열관리가 시스템의 성능에 미치는 영향 (The Effect of Thermal Management on the Performance of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell System)

  • 이정호;명노성;김동섭
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제35권6호
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    • pp.593-601
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    • 2011
  • 다양한 작동 조건에서 고분자 전해질형 연료전지의 성능 변화를 예측하기 위한 해석 프로그램을 구성하여 열관리가 시스템의 성능에 미치는 영향을 해석하였다. 전체 시스템은 연료전지 스택, 공기공급계, 연료공급계, 열 관리계로 구성 되었으며 각 구성부의 설계점을 고려하여 열역학적 모델링을 적용 하였다. 외기온 변화와 냉각 시스템의 성능 변화에 따라 연료전지 스택의 온도 및 출력 변화가 예상되므로 탈설계 해석을 하여 전체 시스템의 성능 변화를 예측하였다.

승용차용 연료전지 스택 개발 (Development of PEMFC Stack for passenger car application)

  • 이종현;금영범;양유창;김세훈
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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    • pp.553-556
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    • 2007
  • Hyundai${\cdot}$Kia Motors have developed PEMFC stack technologies for passenger car application in 1998. The developed 80kW class stack, which was installed Kia's Sportage FCV in 2005, has been modified for -10$^{\circ}C$ cold start-up and ensuring the stability and durability by using new technologies such as newly designed separator, manifold block, end plate, and so on. And also, the stack durability has been verified over 1,500hrs with the condition of combined vehicle driving mode. Hyundai${\cdot}$Kia Motors will keep continuing the stack R&D to reach the goal of FCV commercialization.

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Simulink를 이용한 고분자 전해질 연료전지 시스템 시뮬레이션 (Polymer Electrolyte Fuel Cell Simulation Using Simulink)

  • 황남선;이호준;주병수
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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    • pp.109-112
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    • 2007
  • In this paper, a mathematical modeling was developed to simulate 1kW class air cooled Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell(PEMFC) system. The proposed modeling was conducted under SIMULINK based environment. The model ing was developed based on the thermodynamic and chemical equilibrium. The objective is to design and implement the entire fuel cell system model ing including the system controller modeling. The fuel cell process and the control system modeling should have to be connected with each other simultaneously, therefore the two types of modeling influences each other when the system simulator run. The fuel cell modeling libraries are simulated using the SIMULINK under the thermodynamic and chemical equilibrium base. The PID controller application was designed and developed to test the process modeling and verify it. This the prototype development of the fuel cell system to design and test more complicate fuel cell systems, like the residential power generation system. The simulation results was compared to the real PEMFC system performance. We have achieved the reasonable accordance with the Lab test and the simulation results.

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PEM 연료전지 자동차 적용을 위한 성능실험에 관한 기초연구 (A Basic Experimental Study on Performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cell System for Vehicle)

  • 이현근;오병수;정귀성
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제11권3호
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    • pp.137-147
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    • 2000
  • 연료전지 응용분야에 대한 실험연구는 연료전지 성능향상 등의 기초연구와 더불어 매우 중요하며 차세대 동력원으로써 상용화되기 위해서는 이러한 연구가 함께 병행되어야 한다. 본 실험은 고분자 전해질형 연료전지(PEM Fuel Cell)의 시스템을 차량에 적용할 수 있도록 연료전지스택의 기본특성 및 rpm에 따른 축출력과 효율 특성을 알아 보았으며 자연대류 공기방식과 강제 공급방식간의 전압, 전류, 출력특성을 비교 분석하였다. 본 실험을 통해 자연대류방식의 경우 반응공기량의 제한으로 인하여 항상 전류한계 성향이 나타나는 것을 알 수 있었으며 강제공기 공급방식은 성능면에서 자연대류 공급방식보다 우수하였다. 이것은 자연대류 방식과는 달리 공기유량 및 속도의 증가로 인하여 공기가 공기극에서 원활히 반응하였기 때문이다. 축출력에 따른 효율변화는 조합시스템의 경우 축출력이 낮아질수록 연료전지 효율과 달리 현저히 감소하였으며 이는 모터가 효율이 낮은 범위에서 구동되었기 때문이다. 연료전지 자동차는 축출력과 스택의 효율을 고려한 운전이 이루어져야 하며 스택의 효율이 35%-45% 범위인 0.55-0.75V/cell에서 이루어져야한다.

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다변수 최적화 기법을 이용한 자동차용 고분자 전해질형 연료전지 시스템 모델링에 관한 연구 (A Study of Modeling PEM Fuel Cell System Using Multi-Variable Optimization Technique for Automotive Applications)

  • 김한상;민경덕;전순일;김수환;임태원;박진호
    • 신재생에너지
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    • 제1권4호
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    • pp.43-48
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    • 2005
  • This study presents the integrated modeling approach to simulate the proton exchange membrane [PEM] fuel cell system for vehicle application. The fuel cell system consisting of stack and balance of plant (BOP) was simulated with MATLAB/Simulink environment to estimate the maximum system power and investigate the effect of BOP component sizing on system performance and efficiency. The PEM fuel cell stack model was established by using a semi-empirical modeling. To maximize the net efficiency of fuel cell system, multi-variable optimization code was adopted. Using this method, the optimized operating values were obtained according to various system net power levels. The fuel cell model established was co-linked to AVL CRUISE, a vehicle simulation package. Through the vehicle simulation software, the fuel economy of fuel cell powered electric vehicle for two types of driving cycles was presented and compared. It is expected that this study can be effectively employed in the basic BOP component sizing and in establishing system operation map with respect to net power level of fuel cell system.

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공기공급 조건이 스택성능에 미치는 영향 (The effect of PEMFC stack performance at air supply condition)

  • 박창권;오병수
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제19권3호
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    • pp.232-238
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    • 2008
  • Research has been proceeded on fuel cell which is fueled by hydrogen. Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is promising power source due to high power density, simple construction and operation at low temperature. But it has problems such as high cost, temperature dependent performance. These problems could be solved by experiment which is useful for analysis and optimization of fuel cell performance and heat management. In this paper, when hydrogen flows constantly at the stoichiometry of ${\xi}=1.6$, the performance of the fuel cell stack was increased and the voltage difference between each cells was decreased according to the increase of air stoichiometry by 2.0, 2.5, 3.0. Therefore, the control of air flow rate in the same gas channel is important to get higher performance. Purpose of this research is to expect operation temperature, flow rate, performance and mass transportation through experiment and to help actual manufacture of PEM fuel cell stack.