• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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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.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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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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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2006년도 전력전자학술대회 논문집
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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.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.230-237
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• 2004

본 논문에서는 인버터에서 발생하는 맥동전류가 양자 교환막형 연료전지에 미치는 영향을 임피던스 모델을 통하여 분석한다. 제안된 방법은 주파수 응답 분석법을 이용하여 연료전지 스택의 등가 임피던스를 유도하고, 유도된 모델을 이용하여 맥동전류의 영향을 분석한다. 모델을 통해 계산된 결과는 상용 연료전지 스택을 사용한 실험을 통하여 증명된다. 실험결과는 인버터에 의해 발생한 맥동전류로 인해 최대 10(%)까지 연료전지 스택의 출력이 감소할 수 있음을 보인다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권1호
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• pp.6-10
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• 2016

최근까지 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 열화연구는 대부분 단위전지에서 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC의 구동과 열화는 PEMFC 스택에서 이루어진다. 그래서 본 연구에서는 스택에서 열화가속 시험을 진행하여 단위전지의 결과와 비교하였다. 여러 종류의 열화 가속 시험 중에서 전기화학적 열화와 기계적 열화를 반복해 고분자전해질 막을 열화시키는 방법을 사용했다. 312시간 동안 전해질막을 열화시킨 후 0.6V에서 전류밀도는 스택과 단위전지에서 각각 28.4%, 27.8% 감소했다. 수소 투과 전류밀도는 스택은 16.8% 단위전지는 15.2% 증가했다. 스택과 단위전지에서의 열화 가속 시험 결과가 비슷해 단위전지의 가속 시험 방법을 스택에 적용해도 됨을 확인하였다.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제14권1호
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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.

• 에너지공학
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• 제8권1호
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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.

• 에너지공학
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• 제8권4호
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• pp.592-604
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• 1999

대면적 용융탄산염 연료전지 운전 시 스택에서 발생하는 스택내 온도차와 극간 차압의 문제점을 해결하기 위하여 정상상태특성 및 동특성을 분석하였다. 두가지 용융탄산염연료전지 스택(5 kW(3,000$\textrm{cm}^2$, 20장), 3kW(6,000$\textrm{cm}^2$, 5장) 의 운전결과를 통하여 스택성능에 중요한 영향을 미치는 조작변수(전류밀도 , 연료 이용률, 공기 이용률)와 조절변수(스택 온도차, 연료극 차압, 공기극 차압)를 결정하였다. 조작변수들에 대한 조절변수들의 변화량인 스택의 정상상태 이득률을 구하여 시스템의 안정성을 분석하고 동특성을 나타내는 전달함수를 구하였따. 전달함수는 3$\times$3 행렬로 시간 지연항이 없는 전형적인 1차 시스템으로 표현되었다 동특성 분석에 의해 대면적 용융탄산염 연료전지 시스템의 최적 운전 조건을 설정할 수 있었다. 5 kW 스택의 경우 전류밀도가 150mA/$\textrm{cm}^2$ 일 때 스택 출구 온도를 68$0^{\circ}C$ 이하로 유지하기 위해서는 공기극 가스 recycle 에 의한 가압 운전이 필요하였으며, 효과적으로 용융탄산염 연료전지 시스템을 제어하기위해서는 조작변수의 조절변수상호간의 연계성을 제거하기위한 다중 입.출력 제어 및 연계 제거기가 필요함을 확인하였다. 이 결과는 향후 대면적 용융탄산염을 연료전지 시스템의 제어구조 설계와 운전모드설정에 중요한 자료로 사용될 것이다.

• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.272-278
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• 2023

이 연구에서는 전류밀도와 전기삼투 현상이 전기투석(electrodialysis, ED)의 탈염성능에 미치는 영향을 분석하였다. 농축액의 농도를 10~200 g/L로 변화시키면서 정전압 조건에서 ED 실험을 진행하였다. ED 운전과정에서 스택에 공급되는 전류밀도와 전하량, 희석액과 농축액의 농도, 그리고 전기삼투에 의한 물 이동량을 측정하여 탈염성능을 분석하였다. 농축액의 농도가 증가함에 따라 이온교환막의 선택성이 감소하여 전류효율이 감소하였다. 또한 전류효율은 스택에 공급되는 전류밀도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 전류밀도가 15 mA/cm² 이상에서는 역 확산이 억제되어 전류효율이 증가하였다. ED 운전과정에서 전기삼투에 의한 물 이동량을 분석하였다. 물 이동량은 농축액과 희석액의 농도비에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었다. 농도비가 100 이상에서는 삼투압에 의한 물 이동량이 급격히 증가하여 200 g/L 이상의 농축액을 얻는데 한계가 있는 것으로 나타났다.