• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.145.2-145.2
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• 2010

탄소복합소재 분리판의 연료전지 성능을 시험하기 위해 소형 고분자연료전지 스택을 제작하였으며 연료전지 운전에 따른 성능변화를 측정하여 탄소복합소재 분리판이 연료전지 스택의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 자체 설계한 가스유로로 디자인된 분리판과 MEA를 적층한 스택의 초기 성능과 장기간 운전에 따른 전압 감소를 측정하였다. 또한 장시간 운전 동안 각 셀의 전압 거동도 함께 측정하였으며 비교를 위해 흑연 분리판을 이용하여 제작한 스택의 성능도 함께 시험하였다. 스택에서 각 셀의 성능은 단위전지에서의 성능과 유사하게 나타나 분리판과 스택의 구조가 셀의 성능을 충분히 보여줄 만큼 적절히 디자인된 것을 알 수 있었으며, 장시간 운전 동안 전류가 증가함에 따라 스택의 성능 감소도 점차 증가하였으며 두 종류의 스택이 유사한 성능 감소를 보여 자체 제작한 탄소복합소재 분리판이 흑연 분리판과 유사한 성능을 보임을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.160-165
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• 2009

연료전지 분리판은 연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(Power Density, W/L), 비출력(Specific Power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량, 박형화가 이루어져야 하는 핵심 부품이다. 이러한 저가의 경량, 박형화 분리판 개발의 전제조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기수명 및 신뢰성은 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 이렇듯 연료전지 분리판은 다음과 같은 요구 조건을 만족해야 한다. 높은 전기전도도, 전기화학적 부식 저항성, 화학적 안전성, 가스 기밀성, 기계적 강도 및 가공성 등이라 하겠다. 본 연구에서는 분리판의 요구 조건을 만족할 수 있는 분리판을 제작하기 위하여 고분자 복합소재(PCB; Printed Circuit Board)를 이용하여 전기도금을 통해 Cu/Au(1st PCB 분리판)과 Cu/Ni/Au(2st PCB 분리판)을 코팅하여 분리판을 제작하였다. 제조된 분리판을 이용하여, 접촉저항, 부식특성, 가스 기밀성, 기계적 강도를 분석하였으며, 단위전지를 제작 하여 상용 Graphite 분리판과 성능을 비교분석하였다.

• Composites Research
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• v.20 no.2
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• pp.10-16
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• 2007

The 2-step manufacturing method consisting of preforming and stamping processes was developed to manufacture composite bipolar plates for PEMFCS. The preform was composed of expanded graphite, graphite flake and phenol resin. Procuring conditions were optimized by checking the electrical conductivity, flexural strength and microstructure. Procuring temperature $(100^{\circ}C)$ slightly above the melting point of phenol powders $(90^{\circ}C)$ induced moderate curing, but also prevented excessive curing. Preforms utilizing the tangled structure of expanded graphite were easily fabricated at low pressure of 0.07-0.28MPa. The proper procuring time, 5min, was determined to fabricate the preform stably because insufficient and excessive procuring deteriorated the flexural strength of composite bipolar plates.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.13 no.2
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• pp.81-88
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• 2010

Small size polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stacks were prepared using carbon composite and graphite bipolar plates and their performances were evaluated on reactant gas and operating time. In comparison to single cell and stack, it was identified that home-made bipolar plate was well-designed to maximize stack performance as high as that of single cell. During long-term operation, the performances of stacks using two different kinds of bipolar plates were compared. The decrease of performance in both stacks was accelerated with increasing load current. It was observed from stack test that the stack performance using carbon composite bipolar plate was very similar to that using graphite bipolar plate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.166-166
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• 2011

연료전지 핵심 부품 가운데 하나인 분리판(Bipolar plate)는 막전극체(MEA), 기체확산층(GDL)과 함께 발생한 전류의 수집 및 전달, 반응 가스의 수송, 반응/생성물의 수송 및 제거, 반응열 제거 등을 위한 냉각수 전달 등의 다양한 역할을 담당한다. 이러한 역할을 위하여 분리판은 우수한 전기전도성, 열전도성, 화학적 안정성이 요구되어 진다. 기존의 연료전지용 분리판은 흑연계 소재 및 수지와 흑연을 혼합한 복합 흑연 재료를 통해 제조하여 요구 되어지는 물성을 만족시켜 왔으나 흑연계 분리판의 경우 강도 및 가스 밀폐성 측면에서 낮은 특성을 보이며 특히 고가의 제조 공정 비용과 낮은 양산성으로 인하여 자동차 연료전지 상용화에 수많은 해결 과제를 안고 있었다. 흑연계 분리판의 이러한 문제점을 대체하기 위한 연구로 최근 금속계 분리판의 적용 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히 금속계 분리판은 양산 제조 공정이 적용 가능하여 대량생산이 가능하며 자동차 연료전지 스택의 경량화 및 박판화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 박판의 스테인리스강을 소재로 적용한 금속분리판의 양산을 위하여 반드시 선행되어야 할 연구가 바로 금형 코팅 연구이다. 일반 자동차 생산 금형을 평균 약 50만타로 예측한다면 연료전지 금속계 분리판 성형 금형의 현재 수명은 약 10만타로 추정 가능하다. 이러한 원인은 고하중의 프레스 사용과 정밀 금형으로 인한 극한 공정 조건으로 야기된 결과이며 문제 해결을 위하여 성형 금형에 PVD 코팅 적용 연구를 진행하였다. 성형 금형의 PVD 코팅 적용을 통하여 금형 교체 주기 감소를 통한 생산 원가 절감 및 이형성 개선을 통한 성형성 확보를 목표로 본 연구를 진행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.146-149
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• 2007

The 2-step manufacturing method consisting of preforming and stamping processes was developed to manufacture composite bipolar plates for PEMFCs. The preform was composed of expanded graphite, graphite flake and phenol resin. Precuring conditions were optimized by checking the electrical conductivity, flexural strength and microstructure. Precuring temperature ($100^{\circ}C$) slightly above the melting point of phenol powders ($90^{\circ}C$) induced moderate curing, but also prevented excessive curing. Preforms utilizing the tangled structure of expanded graphite were easily fabricated at low pressure of 0.07-0.28MPa. The proper precuring time, 5min, was determined to fabricate the preform stably because insufficient and excessive precuring deteriorated the flexural strength of composite bipolar plates.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.12 no.1
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• pp.68-74
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• 2009

The effect of physico-electrochemical properties of carbon bipolar plate(BPP) on hydrogen and formic acid fuel cell performance has been investigated. BPP made of conventional graphite and carbon fiber composite were compared with the factors of interfacial contact resistance (ICR), corrosion behaviours, and hydrophobicity. Among them, the ICR of carbon fiber composite BPP has 50% higher than conventional graphite and the surface of carbon fiber composite BPP became rougher due to weaker corrosion resistance. Fuel cell performance was strongly dependent of ICR value of carbon bipolar plate.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.248-251
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• 2005

Graphite reinforced conductive polymer composites for PEMFC bipolar plates were fabricated by the compression molding technique. Graphite powder was mixed with an phenol resin to impart electrical property in composites. In this study, conductive polymer composites with high filler $loadings(>60wt.\%)$ were manufactured to accomplish high electrical conductivity above 100S/cm. The level of compaction is important because graphite powder increase electrical conductivity of composites by direct physical contact between particles. The optimum molding pressure according to filler was proposed experimentally. Various tests(electrical conductivity, flexural strength, compressive strength, leach test, etc) were carried out to verify the performance of fabricated composites for PEMFC bipolar plates. Fabricated composites have good electrical conductivity and mechanical strength. The results of leach test and contact angle measurement showed similar characteristics compared with commercial bipolar plates.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.12 no.10
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• pp.4673-4678
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• 2011

In this paper, studies on a mixing characteristic and viscosity measurement of polymer/graphite composites for a bipolar plate of the polymer electrolyte membrane fuel cell were presented. Since the materials for the bipolar plate should be electrically conductive, contents of solid graphite in the composite are very high. As a consequence, a viscosity of the polymer/graphite composite used for the bipolar plate is very high and the measurement of the viscosity is difficult. Viscosity measurements of the polymer/graphite composites were not possible because pressure drops were continuously fluctuated during the viscosity measurements when a conventional capillary die was used. After the die design was optimized, the steady state pressure drop could be achieved, but the viscosity thus measured was not reproducible. After many trials with different experimental techniques, it was found that melt blending of the grinded powder mixtures of both PET and graphite provides reproducible viscosity measurements and electric conductivities of the polymer/graphite composites.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.3
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• pp.1352-1358
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• 2012

The dynamic analysis of delaminated composite structures is carried out based on the higher order plate theory. In the finite element (FE) formulation, the seven degrees of freedom per each node are used with transformations in order to fit the displacement continuity conditions at the delamination region. The boundaries of the instability regions are determined using the method proposed by Bolotin. The numerical results obtained for skew plates are in good agreement with those reported by other investigators. The new results for delaminated skew plate structures in this study mainly show the effect of the interactions between the geometries and other various parameters.