• Applied Chemistry for Engineering
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• v.32 no.1
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• pp.68-74
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• 2021

Gas diffusion layer (GDL) compression is important parameter of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) performance to have an effect on contact resistance, reactants transfer to electrode, water content in membrane and electrode assembly (MEA). In this study, the effect of GDL compression on fuel cell performance was investigated for commercial products, JNT20-A3. Polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy was performed at different relative humidity and compression ratio using electrode area of 25 ㎠ unit cell. The contact resistance was reduced to 8, 30 mΩ·㎠ and membrane hydration was increased as GDL compression increase from 18.6% to 38.1% at relative humidity of 100 and 25%, respectively. It was identified through ohmic resistance change at relative humidity conditions that as GDL compression increased, water back-diffusion from cathode and electrolyte membrane hydration was increased because GDL porosity was decreased.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.92.2-92.2
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• 2011

고분자전해질 연료전지 (PEMFC)의 가격 결정 요인 중 막 전극 접합체 (MEA)가 차지하는 비중은 약 45%정도이며, 이것을 구성하는 주요 부품인 기체 확산층 (GDL)은 carbon paper나 carbon cloth 형태가 사용되고 있다. 그렇지만 GDL을 제조하는 공정은 매우 복잡하고, 그 가격이 너무 높은 단점이 있다. 본 연구에서는 카본블랙, 흑연 등의 탄소화합물과 polymer binder를 이용하여 단순화된 공정으로 GDL을 제조하였다. 또한, GDL의 물리적 특성이 전극 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 표면 morphology, 접촉각 및 표면에너지, 전기전도도, 기체투과도, porosity, pore distrivution 등을 측정하였고, 각각의 GDL 표면에 동량의 Pt 촉매를 도포하여 MEA를 제작한 후 그 성능을 평가하였다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1995.04a
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• pp.52-53
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• 1995

현재 상용화 되어있는 산소/질소 분리용 고분자 분리막은 비교적 낮은 선택도를 가지고 있다. 즉, 이점은 확산도와 용해도를 조절함으로써 분리막의 투과선택도를 높일 수 있는 가능성을 보여주고 있으며 보다 높은 투과도와 투과선택도를 갖는 새로운 고분자 재료의 선택이 분리막을 통한 기체 분리나 그 상업적 이용에 절실히 요구되고 있다. PSf는 상용성, 화학적 내구력, 강도, 높은 유리전이온도와 우수한 기체투과성질을 가진 고분자로 분리막에 많이 응용되고 있다. Erb 등은 용매로 DMF(dimethylformamide)와 THF(tetrahydrofuran)를 사용하여 막을 제조하였다. 상부 흐름압력이 5atm일때 각 기체의 투과도 계수는, 헬륨이 11, 이산화탄소가 5.5, 메탄이 0.5, 질소가 0.2였으며, PSf막에 대한 각 기체의 투과는 Henry mode보다 Langmuir mode에서 더욱 우세하게 일어난다고 생각하였다. 또한 Ghosal 등은 PSf에 nitro기를 도입한 nitrated PSf의 투과특성을 조사하였다. 실험결과 nitro group이 치환된 PSf막이 nitro group이 없는 막에 비해 투과도는 낮았지만 선택도는 증가하였다. 구조가 다른 여러가지의 PSf막을 통한 기체 투과성질은 Ghem 등에 의해 밝혀졌다. Membrane-covered probes를 이용한 폴라로그램(polarogram) 방법은 산소를 측정하는데 가장 보편적인 방업ㅂ으로, 산소 탐침(oxygen probe)의 원리는 소위 효소 전극을 발전시키는데 이용되어 왔다. 효소전극은 산소와 실험하고자 하는 물질간의 특정한 효소반응에 기초를 둔 다양한 물질의 선택적 측정을 위한 것이다. 이때 센서에 응용되는 합성막은 산소에 대해 선택적인 투과를 해야하며, 상대적으로 높은 산소확산계수와 물에 대해서는 낮은 투과도를 가져야 한다. 높은 산소확산계수는 반응을 빠르게 하는 잇점이 있으며 물에 대한 낮은 투과도는 센서내의 전해질 물질을 유지보호하는 역할을 한다. 분리막이 산소전극에 이용될 경우 높은 산소 확산계수 이외에도 적절한 기계적 강도, 열적 안정성 등이 요구된다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.5
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• pp.568-574
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• 2020

Gas diffusion layer (GDL) is one of the main components of PEMFC as a pathway of reactants from a flow field to an electrode, water transport in reverse direction, heat management and structural support of MEA. In this study, the effect of GDL on fuel cell performance was investigated for commercial products such as 39BC and JNT30-A3. Polarization curve measurements were performed at different flow rates and relative humidity conditions using 25 ㎠ unit cell. The parameters on operating conditions were calculated using an empirical equation. The electrical resistance increased as the GDL PTFE content increased. The crack of microporous layer had influence on the concentration loss as water pathway. In addition, the ohmic resistance increased as the relative humidity decreased, but decreased as the current density increased due to water formation. Curve fitting analysis using the empirical equation model was applied to identify the tendency of performance parameters on operating conditions for the gas diffusion layer.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1993.11a
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• pp.73-77
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• 1993

박막모델을 사용하여 연료전지 성능에 영향을 주는 여러 인자들에 대해 전압과 전류의 관계를 모사 하여 비교하였다. 또한 단위전지에 대해 제어루프를 구성함으로서 전극성능 모델식을 이용한 연료전지의 제어 가능성을 확인하였다. 확산계수가 증가할수록 그리고 전극두께가 얇고 전극의 세공반경이 클수록 전극성능은 증가하였다. 단위전지의 제어를 위해서 양극과 음극의 반응기체 유속을 조절할 수 있는 압력에 대해 설정치 변화와 외란의 변화에 대한 제어모사를 행한 결과 각 전극의 압력이 설정점에 빠르게 수령하여 연료전지의 효과적인 제어가 가능함을 검증하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.2 no.2
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• pp.194-199
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• 1993

Gas diffusion passes are introduced to catalyst layer so as to enlarge reaction region in cathode and anode and then improve electrode performances. The catalyst layer was manufactured with PTFE/carbon (none catalyst loaded) for gas diffusion and Pt/carbon (10 w/o Pt catalyst loaded) by varing the mixing ratio of (PTFE/carbon) to (Pt/carbon) by catalyst powdering method. The electrodes made by mixing Pt(10 w/o)/carbon powders and PTFE/carbon powders containing 60 w/o PTFE at the ratio of 7 : 3 showed the best electrode performances. It was known that by comparing the porosities to electrode performances the electrode performances were increased as both macro pore for gas diffusion and micro pore for electrolyte intrusion were formed much more. The platinum catalyst content in electrode was 0.2 mg/$\textrm{cm}^2$ and the PTFE content was 42 w/o. The electrode performance in unit cell was 220 ㎃/$\textrm{cm}^2$/0.7 V at operating temperature of 150$^{\circ}C$.

• The Proceedings of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.15 no.2
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• pp.31-38
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• 2001

LCD는 비발광형 소자이므로 배면광이 필요하다. 현재의 LCD 배면광용 냉음극 형광램프는 전기-광학적 특성을 좋게 하기 위하여 수은방전을 사용한다. 그러나 수은의 이용은 외부 온도에 따라 특성이 변하는 결점과 환경 문제가 있다. 이 결점을 보완하기 위하여 원통방전형, 미세방전형 그리고 평면방전형 등 세가지 방식의 무수은 램프가 개발되어 왔다. 원통 방전형 무수은 램프는 수은 대신 Xe을 사용한다. Xe 방전이 수축되는 것을 막기 위하여 한쪽 전극은 외벽에 코일형태로 감아서 사용한다. 그리고 코일형태의 전극의 권선 간격을 조절하여 균일한 방전을 얻는다. 이 형태는 무수은 냉음극 형광램프의 두배의 광속을 얻을 수가 있다. 미세방전형 무수은 램프는 두 개의 절연체로 절연되 금속 전극사이의 방전공간에 수많은 미세방전을 일으켜 발광시킨다. 이 방식은 대향 방전구조와 면 방전구조의 두가지가 있다. 이 방식은 전극이 유전체로 둘러쌓여 있으므로 수명이 높다. 새로운 평면방전형 무수은 램프를 개발하였다. 이 램프는 두 개의 유리평판 사이에 방전공간을 만들고 한쪽 유리면의 양쪽 가장자리에 두 개의 전극을 설치하여 면방전을 유도한다. 양쪽 유리면에는 삼원색 형광체를 도포하고 Xe을 봉입하여 Xe의 진공자외선으로 형광체를 발광시킨다. 이 램프는 전극이 유전체로 덮혀있어 수명이 길다. 실험결과 기체압력 6.7[kPa], 구동전압 1,130[V]에서 최대휘도 9,200[$cd/m^2$], 광효율 20.4[lm/W]을 었었고, 기체 압력 2.7[kPa] 구동전압 1,120[V]에서 최대효율 34.1[lm/W], 휘도 1,080[$cd/m^2$]을 얻었다. 현재 무수은 램프는 수은 램프에 비해서 광학적 특성이 좋지 못하다. 무수은 램프에서 좋은 광학적 특성을 얻기 위해 가장 중요한 것은 수축이 없이 방전을 확산시키는 것이다. 이를 위해서 램프구조와 구동법을 최적화하는 것이 필요하다. 또한 기체압력을 높임으로서 Xe의 여기복사를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.50-50
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• 2011

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2002.05a
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• pp.115-119
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• 2002

고분자 전해질 연료전지는 전해질로 고체고분자막을 사용하는 연료전지로 고분자막은 수소 이온의 활발한 전달을 위해 일정량의 수분이 존재해야 한다. 따라서 연료전지의 운전 중에 고분자막은 항상 수화되어 있어야 하며 수분이 부족하게 되면 수소이온 전도도가 떨어지고, 막의 수축으로 인해 전극과 막 계면의 저항이 증가한다. 반대로 수분이 많이 존재하면 촉매 표면에 반응기체의 확산이 어려워져 전지 성능이 감소하게 된다.(중략)

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.7 no.2
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• pp.129-135
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• 1996

Voltage-current profiles are measured when hydrogen-oxygen gas is in contact with solid polymer membrane ($Nafion^{(R)}$) as the electrolyte. The feed gas is prepared by mixing hydrogen and oxygen gas in various ratios. The carbon gas diffusion electrodes contacting the electrolyte are treated by platinum catalyst. The platinum surface is impregnated with a 5% $Nafion^{(R)}$ solution to ensure its good surface contact with the electrolyte. The constant voltage between anode and cathode was applied by a DC power supply. The results on the profiles show that the energy efficiency critically depends on the hydrogen concentration in $H_2/O_2$ mixture gas.