• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.24 no.2
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• pp.91-101
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• 2012

A 200 W portable polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system is developed. The PEMFC system consists of an air-cooled fuel cell stack module, a fuel supply subsystem, a power management subsystem, and a control electronics subsystem. The control logic is designed for the stable system operation. The system-level performance evaluation discloses that the present PEMFC system provides a rated power output of 200.5 W at 13.4 V with the maximum balance-of-plant (BOP) efficiency of 72%, and maximum system efficiency based on lower heating value (LHV) is 37% at 120.7 W system power output.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.131.2-131.2
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• 2010

SOFC 발전 시스템은 친환경 고효율 에너지 발전 미래 에너지기술로서 개발의 초점이 되고 있다. SOFC는 연료전지 발전 기술 중 최고효율과 최장 수명을 가지며 유일하게 기존 발전기술과 가격 경쟁이 가능한 것으로 알려지고 있다. 현재 분산 발전용으로 개발이 진행되고 있으며 향후 중앙발전, 휴대용, 가정용 및 수송용 등으로 그 시장이 확대될 것으로 예상된다. 분산 발전 SOFC 개발을 위해서는 시스템 Scale-up이 기술 확보가 관건이며 특히 스택 제조 비용의 2/3 이상을 차지하는 대면적 단전지 제조 공정 기술 개발이 필요하다. 단전지 대면적화는 원가 절감 및 성능 개선을 기대할 수 있게 하므로 분산 발전 SOFC 상용화를 위한 핵심 기술이라 할 수 있다. 그러나 기존의 국내 SOFC 연구는 시스템이나 소형 단전지 위주로 진행되어 왔으며 대면적 단전지 제조를 위한 핵심 공정 기술에 대한 연구는 취약한 상황이다. 또한 랩스케일의 소규모 연구를 뛰어넘는 양산 기술 개발에 대한 연구는 전무한 실정이다. 또한 재료 및 공정 적합성을 요구하는 대면적 SOFC 단전지의 양산 기술 개발을 위해서는 원료 분말 및 기초소재의 국산화를 통한 제조 공정 윈도우를 확대하여 제조 수율을 향상하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 그동안 포스코파워(주)에서 대면적 SOFC 단전지 양산 기술 개발을 위해 추진 중인 $400cm^2$급 대면적 SOFC 단전지의 제조 및 성능에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다. 또한 대형 단전지 제조 공정의 재현성, 상용화 수준의 성능, 내구성 및 경제성 확보를 위한 공정 개선을 위한 포스코파워(주)의 연구 현황 및 양산 기술 확보를 위한 제조 윈도우 확보 전략에 대해 발표하고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.8
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• pp.687-693
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• 2014

In this study, the performance characteristics of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) were investigated at low operating temperatures under steady-state and dynamic conditions. The performance of the PEMFC was analyzed according to the external humidifying rate and air stoichiometry. The ohmic resistance was also investigated using EIS tests. At the operating temperature of $35^{\circ}C$, voltage fluctuation occurred to a greater degree compared to that at $45^{\circ}C$. Therefore, it was found that the air stoichiometry should be higher than 2.5 for the stable operation of the fuel cell. In addition, the relative humidity of the reactant gases should be higher than 60 to reduce the ohmic resistance.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.6 no.1
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• pp.23-27
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• 2003

In this study investigations have been carried out for the evaluation of small DMFCS under passive operation conditions for use in portable powers. Under passive conditions, a maximum performance was obtained at a methanol concentration of 4 M and at a catalyst loading of $8mg/cm^2$ on both electrodes. By optimizing various parameters, we could achieve the highest performance of $55mW/cm^2$ at 1 attn and at R.T.A monopolar stack consisting of 6 unit cells with active area of $4.5cm^2/cell$ was prepared and it showed a uniform voltage distribution all over the cells and it had a power output of 1 watt and a power density of $37mW/cm^2$ A monopolar stack which consisted of 16 cells and produced a 2.4W power was also fabricated and was tested for operation of a miniature car.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.23 no.6
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• pp.48-58
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• 2008

에너지 하베스팅 기술은 자연의 빛에너지, 인간 신체 또는 연소형 엔진으로부터의 저온 폐열에너지, 휴대용 기기 탑재/부착장치의 미세 진동에너지, 인간의 신체활동(걷거나 뛰는)으로 인한 소산에너지 등을 흡수하여 에너지 하베스팅 소자 기술을 이용하여 전기에너지로 변환, 전자 기기의 전력으로 사용하는 환경에너지 재생형 에너지원이라 할 수 있다. 유비쿼터스의 정보화 시대에는 휴대형 정보기기 등이 필수적인 기기가 될 것인데 여기에 사용되는 전력 에너지원은 소형.집적화된 기술이 필수적이다. 이때 MEMS 기술은 에너지 하베스팅 기술의 소형.집적화 기술에 크게 기여하고 극복해야 할 기술에 핵심적인 기술로 사용된다. MEMS 기술이 사용되는 대표적인 에너지 하베스터 기술인 마이크로 연료전지, 마이크로 히터 엔진, Piezoelectric MPG 기술 등을 소개하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.14 no.1
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• pp.49-53
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• 2007

The direct methanol fuel cell (DMFC) is a promising power source for portable applications due to many advantages such as simple construction, compact design, high energy density, and relatively high energy-conversion efficiency. In this work, an electrochemical methanol sensor for monitoring the methanol concentration in direct methanol fuel cells was fabricated using a thin composite nafion membrane as the electrolyte. We have analyzed the I-V characteristic of the fabricated methanol sensor as a function of methanol concentration, catalyst electrode and platinum(Pt) thickness. The fabricated sensor was analyzed by I-V measurement with various methanol concentration. When we measured the sensor characteristics with 10nm Pt and at 1V, the current value was $1.30{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A\;and\;2.80{\times}10^{-6} A$ for three methanol concentration of 1M, 2M and 3M, respectively. When the methanol concentration was fixed at 2M, the current value of the fabricated device with Pt layers of 5, 10 and 15 nm thickness was $3.06{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A\;and\;1.00{\times}10^{-6}A$, respectively. These results lead us to the conclusion that when the methanol concentration increases, the output current increases and when the catalyst electrode become thinner, the current increase more. It showed that, the thinner the catalyst electrode, the more electrochemistry become activation.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.304-304
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• 2006

One method of Electric Power Generation is to use piezoelectric materials, which form transducers that are able to interchange electrical energy and mechanical force or strain. This study describes the fabrication and properties of piezoelectric transducers for Power Generation application. The structure of the transducers was ceramic-metal-ceramic 3-layered parallel type The center metal layer of phosphorous bronze was bonded by two piezoelectric layers of which have sputtered Ag/Cu(or Ni/Cu) electrode layers on both sides.. The Energy generated by the vibration of piezoelectric transducers Can be achieved by adjusting a suitable piezoelectric constant and mechanical structures. The piezoelectric material used in this application showed the electrical properties of r=4400, $d_{33}\;=\;750\;(10^{-12}\;m/V)$, $d_{31}\;=\;-300\;(10^{-12}\;m/V)$, $k_{33}\;=\;71%$, $Qm\;=\;85$, $T_c\;=\;210^{\circ}C$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.54 no.5
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• pp.587-592
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• 2016

Sodium borohydride, $NaBH_4$, shows a number of advantages as hydrogen source for portable proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Properties of $NaBH_4$ hydrolysis reaction using unsupported Co-P-B Co-B, catalyst at high concentration $NaBH_4$ solution were studied. In order to enhance the hydrogen generation yield at high concentration of $NaBH_4$, the effect of catalyst type, $NaBH_4$ concentration and recovery of condensing water on the hydrogen yield were measured. The yield of hydrogen evolution increased as the boron ratio increased in preparation process of Co-P-B catalyst. The hydrogen yield decreased as the concentration increased from 20 wt% to 25 wt% in $NaBH_4$ solution during hydrolysis reaction using 1:5 Co-P-B catalyst. Maximum hydrogen yield of 96.4% obtained by recovery of condensing water and thinning of catalyst pack thickness in reactor using Co-P-B with Co-B catalyst and 25 wt% $NaBH_4$ solution.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.17 no.6
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• pp.553-561
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• 2012

Existing energy sources convert chemical energy into mechanical energy, while fuel cell directly generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, it has a lot of strong points such as high efficiency, zero emission, and etc. In addition, with the development of hydrogen preservation technique, some companies have been researching and releasing portable fuel cell power packs for specific applications like military equipment, automobile, and so on. However, there are some drawbacks to the fuel cell, high cost and slow dynamic response. In order to compensate these weak points, auxiliary energy storages could be applied to the fuel cell system. In this paper, the optimum structure for a 150W portable fuel cell power pack with a battery pack is selected considering the specification of the system, and the design process of main parts is described in detail. Here, main objectives are compact size, simple control, high efficiency, and low cost. Then, an automatic mode change algorithm, which converts the operating mode depending on the states of fuel cell stack, battery pack, and load, is introduced. Finally, performance of the designed prototype using the automatic mode change control is verified through experiments.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.