• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.79.1-79.1
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• 2010

현재까지의 연료전지 스택 고장 진단 방법은 스택의 전류와 각 셀 전압값을 측정하고 그 측정된 값을 계산함으로써 스택의 고장 여부를 판단하는 것이었다. 이러한 방법은 수백개 이상의 스택의 셀 전압을 2~4개 단위로 측정하기 때문에 백개 이상의 측정 채널이 필요하다. 또한, 스택 진단 시스템을 복잡하게 하여 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라 가격 상승을 유발한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 THDA(전고조파왜율 분석) 방법을 제안하였다. THDA는 스택에 교류 전류를 주입하고 스택 양단의 전압을 측정하여 주입된 교류 전류의 THD를 구함으로써 연료전지 스택의 상태를 진단하는 방법이다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2015.11a
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• pp.129-130
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• 2015

본 논문에서는 연료전지 스택진단용 양방향 컨버터의 설계 및 제어기법을 제안한다. 스택진단용 컨버터는 교류전류 제어를 위한 양방향 DC/DC 컨버터를 사용하였으며 컨버터의 전류를 교류로 제어하기 위한 전류 제어기법이 요구된다. 정확한 전류 제어를 위해 d-q 변환을 통해 전류 제어를 수행하였다. 본 논문에서 사용한 제어기법을 통해 넓은 입력전압 범위에서도 충전, 방전으로 연료전지에 교류 전류를 공급하여 연료전지의 전압 변화를 확인함으로써 연료전지 스택의 상태를 진단할 수 있다. 제안하는 컨버터의 제어기법에 대한 타당성은 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증하였으며 1.5kW급 스택진단용 양방향 DC/DC 컨버터의 설계 기법을 제안하였다.

• 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.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2006.06a
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• pp.216-218
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• 2006

본 논문에서는 연료전지용 듀얼 부스트 컨버터의 전압제어루프의 피드백 루프에 디지털 필터를 도입하여 부하에 의해 발생하는 출력전압의 저고조파 리플성분을 제거한 측정값을 사용함으로써 입력전류의 저고조파 리플을 제거하고, 전류제어루프에 predictive deadbeat 제어기법을 적용하여 제어주기와 제어알고리듬 계산에 의한 시간적 지연에 의해 발생되는 동적응답특성의 저하를 최소화한다. 센서를 사용하는 대신 연료전지 스택에 공급되는 수소와 공기의 압력과 스택의 출력전류에 결정되는 연료전지의 전압-전류 특성곡선을 이용하여 부스터 컨버터의 입력전압을 계산하고 전류를 제어함으로써 연료전지 시스템의 성능을 최적화한다.

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.18 no.6
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• pp.230-237
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• 2004

In this paper the effects of inverter ripple currents to the Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack (PEMFCS) is analyzed by the impedance model. The proposed method employs the frequency analysis technique to derive an equivalent impedance model of the fuel cell stack and the effects of the inverter ripple current are investigated. The calculated results m then verified by means of experiments on commercially available PEMFCSs. The experimental results show that the ripple current can contribute up to 10[%] reduction in the available output power.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.54 no.1
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• pp.6-10
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• 2016

Until a recent day, degradation of PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) has been mainly studied in unit cell. But operation and degradation of real PEMFC going along in stack instead of unit cell. Therefore in this work, ADT (Accelerated Degradation Test) of PEMFC was done in stack and the result from stack's test was compared with that of unit cell. The polymer electrolyte membrane was degraded by repeated electrochemical and mechanical degradation method among several ADT methods. Current densities of MEA at 0.6V decreased in stack and unit cell, 28.4% and 27.8% respectively after ADT for 312 hours. Hydrogen crossover current densities of membrane increased in stack and unit cell, 16.8% and 15.2% respectively after ADT for 312 hours. The result of ADT in stack was similar that of ADT in unit cell, which showed that ADT method of unit cell was available to the stack.

• Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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• v.14 no.1
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• pp.1-7
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• 2005

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is considered as an attractive option to produce electric power in manyapplications. A fundamental step of theoretical fuel cell open circuit potential is examined and compared with the measured data from 1.2KW PEMFC module. The hydrogen pressure and stack temperature are also measured during the operation of PEMFC module. It is found that the stack voltage and current data agree in general with the results calculated by chemical potential approach though they still have a discrepancy. It is analysed that the discrepancy is due to activation polarization, concentration overvoltage and ohmic overvoltage.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.1
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• pp.23-33
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• 1999

용융탄산염 연료전지의 대형화에 관한 기본 기술을 확립하기 위하여 전극의 유효면적이 625 $\textrm{cm}^2$인 단위전지를 20단 적층한 내부 분배형 용융탄산염 연료전지 스택을 제작하고 그 성능을 살펴보았다. 연료로 72% H2/18% CO2/10% H2O를 , 산화제로는 70% air/30% CO2의 혼합 기체를 사용하여 운전한 결과 전류밀도가 150 mA/$\textrm{cm}^2$이고 연료 및 산화제의 이용율이 0.4일 때, 스택 전압이 16.62 V로 1.56 kW의 높은 초기출력을 나타내었다. 스택 내 분리판에서의 온도 분포는 가스 흐름 방향으로 온도가 증가하였으며 스택출력이 높아질수록 가스 배출 부분의 온도가 상승하였다. 스택 내 각 단위전지간의 성능 분포는 균일하지 않았으며, 가스이용율에 따라 그 편차가 증가하였다. 연속 운전 300시간 후부터 스택의 성능이 감소하였으며, 그 원인을 분석한 겨로가 탄소 석출과 부식 생성물에 의한 전기 단락 때문으로 밝혀졌다. 본 연구를 통하여 anode 출구에서의 가스 조성을 분석함으로써 전기 단락에 의한 전압 손실량을 계산하는 기법을 확립하였다. 또한 본 연구에서 얻은 결과를 통하여 향후 스택의 대형화와 장수명화에 대한 대책을 제시하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.4
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• pp.592-604
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• 1999

The steady state and dynamic characteristics of large cell area MCFC stacks were analyzed to solve the problems such as temperature difference generated in stacks and pressure difference between anode and cathode. Manipulated variables (current density, duel utilization rate, oxidant utilization rate) and controlled variables (temperature difference, anode and cathode pressure difference) which had an important effect on the MCFC stack performance were determined using operation results of two types of MCFC stacks (5kW (3,000 $\textrm{cm}^2$, 20 ea). 3kW (6,000 $\textrm{cm}^2$, 5ea)). The stability and transfer function representing system dynamics were obtained by steady state gain rate which showed the relative change between MVs and CVs. The transfer function was a 3$\times$3 matrix and a typical first order system without time delay. The optimal operating condition of large cell area MCFC stacks could be determined by analyzing dynamic characteristics. In case of a 5 kW MCFC stack, pressurized operation with recycle flow should be used to control the outlet temperature less than 68$0^{\circ}C$ and to control the MCFC system effectively. MIMO control or decoupler should be used to remove the interaction between MVs and CVs. This result will be used as important data in determining the control structure design and operation mode of large cell area MCFC systems in the future.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.3
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• pp.272-278
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• 2023

In this study, we analyzed the effects of current density and electroosmotic phenomena on the desalination performance of electrodialysis (ED). We conducted ED experiments under constant voltage conditions, changing the concentration of the concentrate solution from 10 to 200 g/L. During the ED operation, we measured the current density and charge supplied to the stack, the concentration of the diluted and concentrated solutions, and the amount of water transported by electroosmosis to analyze desalination performance. As the concentration of the concentrated solution increased, the selectivity of the ion exchange membrane decreased, resulting in a decrease in current efficiency. Moreover, the current efficiency was found to be influenced by the current density supplied. When the current density exceeded 15 mA/cm², back diffusion of ions was suppressed, leading to an increase in current efficiency. We also investigated the specific water transport by electroosmosis during the ED operation. We found that the amount of water transported increased proportionally to the concentration ratio of the concentrated and diluted solutions. When the concentration ratio exceeded 100, the specific water transport rapidly increased due to osmotic pressure, making it challenging to obtain a concentrated solution greater than 200 g/L.