• 한국항공우주학회지
• /
• 제40권12호
• /
• pp.1063-1069
• /
• 2012

본 연구에서는 PEM 연료전지의 경량화를 위한 방안으로 밀도가 낮고 전기전도성이 높은 마그네슘 합금을 분리판에 적용하였다. 금속 분리판 표면의 부식 및 산화 방지막 형성을 위해서 스퍼터링을 이용하여 은(silver)을 증착하였다. 최적의 증착 조건 확립을 위한 내산성 평가에 있어서 미세균열이 발생하지 않는 3 ${\mu}m$를 최적 증착 두께로 선정하고, $180^{\circ}C$에서 코팅을 수행함으로써 증착 두께의 균일성을 향상시켰다. 단일전지 구성을 위한 분리판 형상결정을 위해서 체결압, 채널 깊이에 따른 성능을 비교평가 하였다. 제작된 분리판을 이용하여 단일전지를 구성하고, 코팅 유무 및 체결압과 채널 깊이별 전류-전압 성능을 비교평가 하였다. 코팅된 마그네슘 분리판은 최대 전력밀도 192 $mW/cm^2$로, 단위 중량당 전력 밀도가 기존 금속 분리판 대비 우수함을 확인하였다.

• Advanced Composite Materials
• /
• 제17권3호
• /
• pp.259-275
• /
• 2008

This study aims to optimize the mechanical and electrical properties of electrically conductive polymer composites (CPCs) for use as a material of bipolar plates for PEM fuel cells. The thin CPCs consisting of conductive fillers and polymer resin were fabricated by a preform molding technique. Expanded graphite (EG), flake-type graphite (FG) and carbon fiber (CF) were used as conductive fillers. This study tested two types of CPCs, EG/FG filled CPCs and EG/CF filled CPCs, to optimize the material properties. First, the characteristics of EG/FG filled CPCs were investigated according to the FG ratio for 7 and $100{\mu}m$ sized FG. CPCs using $100{\mu}m$ FG showed optimal material properties at 60 wt% FG ratio, which were an electrical conductivity of 390 S/cm and flexural strength of 51 MPa. The particle size was an important parameter to change the mechanical and electrical behaviors. The flexural strength was sensitive to the particle size due to the different levels of densification. The electrical conductivity also showed size-dependent behavior because of the different contributions to the conductive network. Meanwhile, the material properties of EG/CF filled CPCs was also optimized according to the CF ratio, and the optimized electrical conductivity and flexural strength were 290 S/cm and 58 MPa, respectively. The electrical conductivity of this case decreased similarly to the EG/FG filled case. On the other hand, the behavior of the flexural strength was more complicated than the EG/FG filled case, and the reason was attributed to the interaction between the strengthening effect of CF and the deterioration of voids.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.41-44
• /
• 2008

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 금속분리판의 전기화학적 부식을 방지하기 위한 금속 첨가 DLC(Diamond-like-carbon) 표면처리 방법을 개발하였으며, stainless steel 304를 모재로 하여 텅스텐 첨가 DLC, 티타늄 첨가 DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 금속분리판을 제작하였다. 제작된 금속분리판을 이용하여 내구성 평가,전기화학적 부식 특성, 성능평가 및 접촉저항 특성 등을 평가하였다. 전기화학적 부식특성의 경우 각각의 분리판에 대해 6.69, 1.2, 1.0 ${\mu}A/cm^2$로 모재인 STS 304의 25 ${\mu}A/cm^2$의 부식전류밀도에 비해 우수한 부식특성을 보였다. 또한 초기 성능에서 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 300 mA/$cm^2$에서 0.757 V로 측정되었으며, 이는 graphite 분리판 측정 결과인 0.758 V와 유사한 성능을 보였다. 또한 내구성 평가에서 초기 성능 대비 성능 감소율이 10% 감소하는데 소요된 시간은 graphite 분리판의 경우 2,000시간으로 나타났으며, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 1,700시간으로 측정되었다. 1,500시간 까지의 성능 감소율은 grphite,텅스텐 첨가DLC,티타늄 첨가DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판 순으로 각각에 대해 37.7, 60.3, 92.8, 45.7 ${\mu}V$/hr로 나타났다.

• 신재생에너지
• /
• 제1권2호
• /
• pp.41-52
• /
• 2005

The effects of internal manifold designs on the reactants feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells [PEFCs] is studied to figure out flow and thermal distribution patterns over an entire fuel cell stack. Reactants flows are modeled either laminar of turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-deter-mined for computational analysis. In this work, numerical models for reactants feed-stream In the PEFC manifolds are classified Into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also Investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique Is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain Information on the optimal design and operation of PEFC systems.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
• /
• pp.324-324
• /
• 2006

Nb and Ti were added to 316 stainless steel, and then heat-treatments and surface treatments were performed on the 316 stainless steel and the Nb- and Ti-added alloys. All samples indicated enhanced electrical conductivity after surface treatments, whereas they showed low electrical conductivity before surface treatments due to the existence of non-conductive passive film on the alloy surface. In particular, the Hb- and Ti-added alloys showed remarkable enhancement of electrical conductivity compared to the original alloy, 316 stainless steel. Surface characterization revealed that small carbide particles formed on the alloy surface after surface treatments, while the alloys indicated flat surface structure before surface treatments. $Cr_{23}C_6$ mainly formed on the 316 stainless steel, and NbC and TiC mainly formed on the Nb- and Ti-added alloys, respectively. We attribute the enhanced electrical conductivity after surface treatments to the formation of these carbide particles, possibly acting as a means of electro-conductive channel through the passive film. Furthermore, NbC and TiC are supposed to be more effective carbides than $Cr_{23}C_6$ as electro-conductive channels of stainless steel

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.160-165
• /
• 2009

연료전지 분리판은 연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(Power Density, W/L), 비출력(Specific Power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량, 박형화가 이루어져야 하는 핵심 부품이다. 이러한 저가의 경량, 박형화 분리판 개발의 전제조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기수명 및 신뢰성은 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 이렇듯 연료전지 분리판은 다음과 같은 요구 조건을 만족해야 한다. 높은 전기전도도, 전기화학적 부식 저항성, 화학적 안전성, 가스 기밀성, 기계적 강도 및 가공성 등이라 하겠다. 본 연구에서는 분리판의 요구 조건을 만족할 수 있는 분리판을 제작하기 위하여 고분자 복합소재(PCB; Printed Circuit Board)를 이용하여 전기도금을 통해 Cu/Au(1st PCB 분리판)과 Cu/Ni/Au(2st PCB 분리판)을 코팅하여 분리판을 제작하였다. 제조된 분리판을 이용하여, 접촉저항, 부식특성, 가스 기밀성, 기계적 강도를 분석하였으며, 단위전지를 제작 하여 상용 Graphite 분리판과 성능을 비교분석하였다.

• 한국표면공학회지
• /
• 제44권2호
• /
• pp.68-73
• /
• 2011

A Ni-W thin-film was synthesized by electrodeposition, and its corrosion resistance and electrical surface conductivity were investigated. Amount of tungsten in the Ni-W thin-film increased linearly with current density during the electrodeposition, and crack-free and low-crystalline Ni-21 at.%W coating layer was obtained. Corrosion resistances of the Ni-W thin-films were examined with an anodic polarization method and a storage test in a strong sulfuric acid solution. As a result, the Ni-21 at.%W thin-film exhibited the greatest corrosion resistance, and maintained the electrical surface conductivity even after the severe corrosion test, which could be applicable as a surface treatment for advanced metallic bipolar plates in fuel cell or redox flow battery systems.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제32권4호
• /
• pp.245-255
• /
• 2021

Various studies about metallic bipolar plates have been conducted to improve fuel cell performance through flow field design optimization. These research works have been mainly focused on fuel cells for vehicle, but not fuel cells for building. In order to reduce the price and volume of fuel cell stacks for building, it is necessary to apply a metallic flow field, In this study, for a metallic flow field applied to a fuel cell for building, the effect of a change in the flow field shape on the performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell was confirmed using a model and experiments with a down-sizing single cell. As a result, the flow field using a metal foam outperforms the channel type flow field because it has higher internal differential pressure and higher reactants velocity in gas diffusion layer, resulting in higher water removal and higher oxygen concentration in the catalyst layer than the channel type flow field. This study is expected to contribute to providing basic data for selecting the optimal flow field for the full stack of polymer electrolyte membrane fuel cells for buildings.

• 공업화학
• /
• 제33권6호
• /
• pp.618-623
• /
• 2022

분리판은 반응물 및 전자를 전달하고 부산물인 물과 열을 배출하며, 막전극접합체의 지지체 역할을 하는 고분자전해질 연료전지의 핵심 구성요소이다. 따라서 분리판의 유로 구조는 연료전지의 성능을 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 압축률이 다른 구리 폼을 cathode 분리판에 적용한 25 cm² 단위 전지를 이용하여 성능 평가를 수행하였다. 금속 폼의 압축률이 증가할수록 총 저항이 감소하였으며, 특히 전하전달과 물질전달 저항이 사형 유로에 비해 크게 개선되어 중전류밀도 및 고전류밀도 영역에서 전압 손실을 줄일 수 있었다. 가압한 공기를 사용한 사형 유로 구조의 경우 연료전지의 성능이 압축한 금속 폼(S3)을 적용한 유로와 중전류밀도 영역까지는 큰 차이가 없었으나, 고전류밀도 영역에서는 유로 구조의 한계로 낮은 성능을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권6호
• /
• pp.585-592
• /
• 2011

냉시동 성능 개선은 연료전지 차량의 고분자 전해질 연료전지 발전 모듈 및 시스템의 내구성과 신뢰성 향상의 측면에서 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 영하의 기후에서 연료전지 차량의 초기 구동 시금속 분리판 표면에 형성된 바나듐 산화물 박막의 자기 발열 특성을 이용하여 신속한 온도 상승 구현이 가능한 냉시동 향상 기술을 제안하고, 실험적 방법을 통해 그 적용 가능성을 검증하였다. 졸-겔 침지 법에 의해 제조된 바나듐 산화물 박막의 특성 평가를 위해 X 선 회절, 광전자 분광, 전자 주사 현미경을 이용한 화합물 조성 및 미세구조 분석, 4-탐침법을 이용한 $-20{\sim}80^{\circ}C$의 온도 구간에서의 온도-저항 이력 특성 분석을 각각 수행하였다. 본 실험 결과, 냉시동 조건에서 박막의 자기 발열량은 연료전지 내부의 생성 수 결빙 방지에 필요한 열 에너지를 모두 충족시킬 수 있음을 확인하였다.