• Journal of the Korean Society of Visualization
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• v.17 no.1
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• pp.85-92
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• 2019

Numerical visualization is conducted to confirm the variation of flow characteristics and pressure drop by the shape of channels on the cathode flow path in hydrogen fuel cells for unmanned aerial vehicles(UAVs). Generally, a light-weight fan is commonly used rather than a heavy air compressor at UAVS. However, in case of blower fan, a large pressure drop in the flow path causes the blocking of the oxygen supply to the fuel cell. Therefore, the uniformity of flow inside the cathode has to be achieved by changing the shape of the cathode. The flow channel, the duct shape, and the diameter of the fan are changed to optimize the flow path. As a result, it is confirmed that the optimal flow path can decrease the velocity difference between the center and outer flow by 1.8%. However, It should be noted that the channel size can increase the pressure drop.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.131.1-131.1
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• 2010

고분자연료전지(PEMFC)에서 기체확산층(GDL)은 다공성의 카본 종이/천 위에 마이크로한 다공층을 가치는 구조로 촉매층을 지지하고 촉매층과 분리판 사이의 전류전도체 역할을 한다. 또한 촉매층에 연료와 공기 확산 및 생성된 물의 통로 역할을 하며 소수성인 전기전도성 물질로 이루어져 있다. 현재 연료전지에 쓰이는 가스확산층은 대부분 국외 회사에서 제조 수입 사용하는 현황이고 국내에서는 협진 I&C가 연구하고 있으나 상용화는 아직 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 탄소섬유의 전도성을 개선하고자 탄소섬유 표면에 금속코팅 시 최적의 접촉계면유지를 위한 표면처리 방법 및 공정을 조사 분석 후 최적 개선방법(농도/온도/압력/시간)을 설정하고자 하였다. 또한 선정된 공정인자별 수준별 시험 후 샘플링 된 시료를 토대로 금속물질이 탄소섬유 표면에 코팅(도금)된 금속-탄소섬유를 대하여 평가하여 최적화시키고자 탄소섬유로부터 carbon paper GDL의 모재를 개발할 계획이다. 앞에서 설명한 바와 같이 탄소섬유를 이용하여 paper making, resin impregnation, molding, carbonization/graphitization의 제조공정을 거쳐 paper형태의 GDL을 생산 및 평가하고자 하였다.

• New & Renewable Energy
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• v.2 no.4 s.8
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• pp.46-55
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• 2006

본 연구는 불소그룹을 함유한 술폰화된 아릴렌에테르계 블록 공중합체 고분자 전해질막의 제조 및 연료전지 특성에 관한 것이다. 이러한 불소그룹을 함유한 술폰화된 아랄렌에테르계 블록 공중합체를 제조하기 위하여 양말단에 불소계 비닐기를 가지면서, 고분자 전환시 상온에서 술폰화 가능한 biphenyl계 단량체와 술폰화가 불가능한 sulfonyl계 단량체를 각각 합성하였다. Biphenyl계 단량체로 부터 올리고머를 합성한 후 sulfonyl계 단량체와 열적 고리화 부가중합을 하여 다양한 몰조성을 갖는 일련의 perfluorocyclobutane(PFCB)기를 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 제조된 블록 공중합체를 상온에서 술폰화제인 chlorosulfonic acid(CSA)를 이용하여 후술폰화시켜 강산 이온기인 sulfonic acid를 biphenyl계 올리고머 부분에 선택적으로 도입하였다. 이렇게 제조된 술폰화된 고분자를 제막한 후 연료전지 특성을 Nafion-115와 비교하였다. 술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율 증가에 따라 이온교환능력 (IEC)이 증가하였고 , 그에 따른 팽윤도 역시 증가하는 것을 보였다. 술폰화된 고분자들은 건조 및 습윤 상태에서도 기계적 강도가 우수하였다. 최적화된 술폰화 블록 고분자(S-2) 를 대상으로 membrane electrolyte assembly(MEA) 를 제조하여 연료전지 초기성능을 측정한 결과 Nafion-112와 유사한 전기화학적 성능을 나타내었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.6
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• pp.691-695
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• 2017

Optimization study was carried out to improve the durability of the gas diffusion layer (GDL) in alkaline fuel cell cathode by the use of highly stable PDMS superhydrophobic coating. Two different commercial GDLs were selected as substrates. Coating temperature and viscosity of PDMS were controlled for the stability of structure in microporous layer of GDL as well as uniform coating according to thermal characteristics of GDL. Regardless of PDMS viscosity, highly stable superhydrophobicities were obtained with both GDLs at $200^{\circ}C$. After the accelerated test, however, 28BC GDL coated with 1000 CS PDMS showed the best durability with the lowest loss of superhydrophobicity.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.303-305
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• 2005

현재 인류가 직면하고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 최선의 대안으로서 수소 에너지 및 연료전지 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 디메틸 에테르를 이용한 수소 생산 기술에 대한 연구를 수행하였다 디메틸 에테르(BATE)는 안정한 화합물로서 비 활성적이고 부식성이 없으며 발암성 및 마취성이 얼어 인체에 무해한 청청 연료로서 각광을 받고 있으며 특히 기존의 LPG 인프라를 그대로 사용할 수 있는 장점 등으로 수소 스테이션 및 소형 연료전지용 수소 발생기 등에의 적용을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 이러한 응용을 위한 수소 발생기용 DME 개질 반응기의 개발을 위하여 본 반응에 대한 촉매 종류의 영향, 공간속도의 최적화, 반응 메카니즘에 따른 촉매 선정, 반응온도 등의 다양한 반웅 조건에 대한 영향을 확인하고 실제 소형 연료전지를 위한 수소공급 장치로서 적용코자 마이크로채널 반응기에 적용하여 마이크로채널 DME 개질반응기의 컴팩트한 수소공급 장치로서의 적용 가능성을 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.129-132
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• 2007

고분자 전해질 연료전지의 성능에 영향을 주는 많은 인자들 중에서도 촉매층의 조성과 구조의 최적화는 성능변화에 큰 요인으로 작용 된다. 촉매층내 반응 활성점인 삼상계면을 형성시키기 위해 함침하는 Nafion binder를 anode와 cathode의 두 전극에 이온당량(Equivalent weight, EW)이 동일하게 함침시켜 그 성능을 확인하였다. 그 결과를 토대로 anode와 cathode에 이온당량을 각기 다르게 하여 각각의 전극마다 이온당량이 미치는 영향에 대해서도 살펴보았다. Anode와 cathode의 이온당량을 동일하게 EW1100, EW1000, EW900으로 변화 시켜주었을 경우 이온당량의 물성치가 상대적으로 향상된 EW900의 단위 전지 성능이 가장 우수하였으며, 이온당량이 EW900이었을 때 최적의 Nafion binder 함침량은 EW1100의 Nafion binder 함침량과 동일하였다. Anode와 cathode에 함침하는 Nafion binder의 이온당량을 각각 EW1100과 EW900, EW900과 EW1100으로 MEA를 제조하여 전극에 따라 이용당량이 미치는 영향을 살펴보았다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.32 no.5
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• pp.331-339
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• 2021

This study presents a novel way to enhance uniformity of the gas flow inside the solid oxide fuel cell (SOFC), which is critically important to fuel cell performance, by using dimples. A pattern of dimple, which works as a flow distributor/collector, is designed at the inlet and outlet section of a straight channel gas separator. Size of the dimples and the gap between them were changed to optimize the flow uniformity, and any change in size or gap is considered as one design. The results show that some dimple patterns significantly enhance the uniformity compared to baseline, about 4%, while the others slightly reduce it, about 1%. Besides, the dimple pattern also affects to the pressure drop in the flow channel, however the pressure drop in all cases are negligible (less than 26.4 Pa).

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.30 no.6
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• pp.687-693
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• 2019

As the hydrogen fuel cell market is expanded starting from hydrogen electric vehicle and power generation field, the demand for fuel cells and hydrogen increases recently. Therefore, research works on fuel cell durability and fuel efficiency are required in order to activate the fuel cell market and commercialization. A dead-ended anode system was used in this study to optimize the fuel cell performance and fuel efficiency. The effect of purge condition according to the applied current and hydrogen supply pressure on the fuel cell performance were evaluated. In addition, the influence of water back diffusion on the different electrolyte membrane thickness was analyzed. The accumulated water was purged with a solenoid valve in the case of 3% voltage decrease in the dead-ended anode system. The experiment was performed with the hydrogen supply pressure of 0.1~0.5 bar and purge duration of 0.1~1 second. A maximum fuel efficiency of 98.9% was achieved under the purge duration of 0.1 s and hydrogen supply pressure of 0.1 bar with a NR 211 (25.4 um) membrane. However, the fuel cell performance decreased in a long-term operation due to some frequent flooding. The fuel efficiency and purge interval increased due to decreased back diffusion rates of the water and nitrogen with a NR 212 (50.8 um) membrane.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.1-71.1
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• 2010

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 내의 기체확산층(GDL)은 셀 내의 물 관리에 중요한 역할을 수행한다. 일반적으로 다공성 기제(GDBL) 위에 미세기공층(MPL)을 코팅한 2층 구조의 기체확산층이 사용되는데, 이 미세기공층은 카본파우더와 테프론의 혼합물로 이루어져 있으며 촉매층에서 발생한 물을 셀 밖으로 빠르게 배출하는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 다양한 기공분포를 갖는 미세기공층을 제조하여 고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 미세기공층 슬러리내에 암모늄염 계열의 기공형성제를 혼합하여 다공성 기제 위에 코팅한 후 다양한 온도조건에서 건조함에 따라 기공분포가 다른 미세기공층을 제조하였다. 이렇게 제조된 미세기공층의 물성은 수은기공도계, FE-SEM, 자체적으로 제조한 기체투과도 측정 장치를 사용하여 측정하였으며, 단위 전지 성능 측정은 두 개의 가습조건(RH100%, RH50%)에서 실시하였다. 기공분포 측정결과 건조온도가 높은 미세기공층은 건조온도가 낮은 미세기공층에 비해 직경이 1,000 - 20,000 nm 인 대공극(macropore)의 수가 많지만, 직경이 100 nm 이하의 미세공 (micropore)의 수가 적은 것을 확인하였다. 전지성능 측정 결과 고가습 조건 (RH100%)에서는 미세공 (micropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 보여고, 저가습 조건 (RH50%)에서는 대공극 (macropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이는 물배출에 유리한 미세공 (micropore)의 성질과 원료 기체의 이동에 유리한 대공극(macropore)의 성질에 의한 것으로 판단된다. 따라서 셀 운전 가습조건에 따라 최적화된 기공구조를 갖는 미세기공층을 사용함으로써 셀 운전 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• Membrane Journal
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• v.33 no.3
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• pp.127-136
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• 2023

In this study, the electrochemical performance of a 5-layer fuel cell stack using silica composite membranes as polymer electrolyte membranes was evaluated. It was observed that the flow rate of the fuel gases plays a crucial role in stack performance, particularly being mainly dependent on the flow rate of hydrogen. Increasing the flow rate of oxygen resulted in negligible changes in performance, whereas an increase in the flow rate of hydrogen demonstrated performance improvements. However, this led to an imbalance in the ratio of hydrogen to oxygen flow rates, causing significant degradation in stack performance and durability. A decline in stack performance was also observed over time due to the degradation of stack components. This phenomenon was consistently observed in individual unit cells. Based on these findings, it was emphasized that, in addition to optimizing the performance of each component during stack operation, it is important to optimize design and operating conditions for uniform flow rate control. Lastly, the developed silica composite membrane was assessed to have sufficient performance for application in actual fuel cell systems, exhibiting a performance of over 25 W based on maximum power.