• Proceedings of the KIPE Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.120-122
• /
• 2009

발전용 연료전지 시스템은 수소와 산소를 공급받아 직류전기와 열로 변화시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료와 공기를 공급해주는 MBOP(Mechanical Balance Of Plant), 연료전지의 출력을 계통에 연계시키는 EBOP(Electrical Balance Of Plant)로 구성된다. EBOP 시스템은 병렬 연결된 1.5MW PCU(Power Conversion Unit)로 구성되며, 각 PCU는 750kW 인버터가 병렬로 구성된다. 본 논문에서는 4병렬로 구성된 3MW급 연료전지용 EBOP의 병렬제어 알고리즘을 소개한다. 제안한 병렬제어 알고리즘은 과도응답이 빠르고 순환전류가 없는 제어특성을 가진다. 그리고 시뮬레이션과 실험으로 제안한 알고리즘의 성능을 확인한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2007.10c
• /
• pp.256-257
• /
• 2007

본 논문에서는 연료전지용 PCS 설계 및 시뮬레이션 시 연료전지의 비선형 전원 특성에 의한 영향을 확인하기 위하여 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) 스택을 전기화학 방정식을 기반으로 모델링한다. 모델링된 연료전지 전원을 부스트 컨버터의 입력으로 활용하여 시뮬레이션을 수행한다.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.28 no.1
• /
• pp.118-124
• /
• 2017

An air cooling, open cathode type polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) has the advantages of system simplification and cost effectiveness. Open cathode PEMFC could suffer from reduced performance due to the membrane dehydration in low humidity of air. Effects of the cathode air flow rate, anode purge interval and long term storage on PEMFC performance were investigated in this work. Fan voltage is an important factor on air cooling PEMFC performance because the cathode air flow rate and stack temperature were controlled by fan voltage. The dead ended anode (DEA) method was applied to increase hydrogen usage. Periodical purge was used to discharge accumulated water and gas. The influence of long term non-operating condition on PEMFC performance degradation due to the membrane dehydration was also studied and the quick recovery method was developed.

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2007.06a
• /
• pp.101-104
• /
• 2007

Mechanical behavior in metal bipolar plate of a fuel cell stack was studied using finite element analysis. The fuel stack is essentially composed of a metal bipolar plate (metal BP), a gasket, an end plate, a membrane electrolyte assembly (MEA), and a gas diffusion layer (GDL). It is important to maintain a suitable fastening force of Metal BP, because it influences the power efficiency of the fuel cell stack. After a gasket and a GDL are placed on the metal BP, the reaction force with the displacement is measured. The channel of metal bipolar plate is replaced by a simple geometrical plate. The results of FEM are similar to those of experiment. Therefore mechanical behavior in metal BP of a fuel cell stack can be estimated by using FEM.

• 기계와재료
• /
• v.21 no.2
• /
• pp.24-49
• /
• 2009

분리판은 수소연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(powder density, W/L), 비출력(specific power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량/박형화가 이루어져야 하는 핵심부품이다. 이러한 저가의 경량/박형화 분리판 개발의 전제 조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기 수명 및 신뢰성을 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 본고에서는 지금까지의 수소연료전지, 특히 고분자전해질 연료전지를 중심으로 분리판에서 사용되는 소재 및 제조공정기술의 현황, 분리판 개발에서 요구되는 다양한 기술적인 요소 및 그 문제점을 중심으로 살펴봄으로써 고성능, 고내구성 분리판 소재 및 제조공정 개발의 발전방향에 대하여 고찰하였다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.10 no.2
• /
• pp.104-109
• /
• 2007

Single fuel cell was fabricated with a MEA (membrane electrode assembly) that had a $4cm^2$ active area and with silicon bipolar plates those were introduced to miniaturize the fuel cell by replacing heavy weight graphite plates. Optimum humidification condition for the single cell was selected based on performance results obtained varying humidifier temperature at a fixed feed rate of hydrogen and oxygen. Furthermore, to study the effect of humidification condition on the performance of a fuel cell stack, the fuel cell stack consisting of two MEAs and silicon bipolar plates was studied, then problems and characteristics of silicon-based fuel cell stack were examined.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
• /
• 2003.05a
• /
• pp.649-653
• /
• 2003

일반적으로 연료전지에는 알카리형(AFC)과 인산형(PAFC), 고분자형 연료전지(PEMFC) 등과 같이 비교적 저온에서 동작되는 연료전지와 고온형으로 $650^{\circ}C$에서 정온 동작되는 용융탄산염형 연료전지(MCFC)와 운전온도가 약 500~100$0^{\circ}C$로 폭넓게 적용될 수 있는 고체산화물 연료전지(혹은 고체전해질 연료전지, Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 있다.(중략)

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.90.1-90.1
• /
• 2011

연료전지 분리판은 연료, 공기, 수분이 흐를 수 있는 채널들이 포함되어 있으며, 전지들에 의해서 생산되는 전류를 흐르게 할 수 있는 전기전도성을 가져야 할 필요가 있다. 일반적인 금속판들은 연료전지 스택 내의 산성 분위기에 존재해야 하기 때문에 표면 부식이 쉽게 발생한다. 그라핀(graphene)은 우수한 전기전도성을 가지고 있을뿐만 아니라 물리화학적 내식성 및 내구성을 가지고 있어 연료전지 분리판으로서 응용이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 일반적으로 널리 사용하고 있는 스테인리스강(stainless steel)을 모재로 사용하였으며, 그라핀을 전기분무법(electro spray coating)으로 코팅하여 스테인리스강의 내식성 및 전기전도성을 동시에 향상시키고자 하였다. 그라핀은 에탄올을 용매로 사용하여 분산하였으며, 분산제로 소량의 다이페닐다이에톡시실란(diphenyldiethoxysilane)을 첨가하여 코팅용액을 제작하였다. 코팅공정은 15kV 전압을 가하여 1시간동안 코팅을 진해하였으며, 그라핀-스테인리스강 모재의 미세구조를 전자현미경과 광학현미경을 통하여 관찰하였다. 또한 X-선 회절분석법을 이용하여 그라핀의 결정구조를 분석하였다. 한편 스택의 내부와 유사한 산화성 분위를 모사하기 위해 $80^{\circ}C$의 0.1N $H_2SO_4+2ppm\;F^-$ 용액에서 내식성 실험을 수행하였고, 면간접촉저항도 측정하였다. 그라핀이 코팅된 스테인리스강 시편은 고분자전해질 연료전지 분리판의 요구조건을 만족하였으며, 연료전지 분리판으로서의 적용가능성을 확인하였다.