In this study, The cation exchange membrane and the anion exchange membrane affect in electrical conduction of metal fuel cell was investigated. Magnesium material as anode electrode and the NaCl solution dissolved with 5~15wt% as electrolyte were used for the metal fuel cell. It was found that magnesium slag where flows toward the air electrode was suppressed by using ion exchange membrane. The open circuit voltage variation during discharge has very flat pattern by using ion exchange membrane, but the case which is not the exchange membrane, the open circuit voltage increased according to time. When using the anion exchange membrane, the electric current was higher case of the cation exchange membrane, as a result of higher equivalent conductivity in anion Cl-. The cation exchange membrane was observed with the fact that the output power is excellent in compared with anion exchange membrane.
Min Gwan, Ha;Donghoon, Shin;Jeawoo, Jung;Emilio, Audasso;Juhun, Song;Yong-Tae, Kim;Hee-Young, Park;Hyun S., Park;Youngseung, Na;Jong Hyun, Jang
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제13권4호
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pp.462-471
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2022
In this study, the electrochemical impedance characteristics of CO2/H2O co-reduction to produce CO/H2 syngas were investigated in a low-temperature single cell. The effect of the operating conditions on the single-cell performance was evaluated at different feed concentrations and cell voltages, and the corresponding electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data were collected and analyzed. The Nyquist plots exhibited two semicircles with separated characteristic frequencies of approximately 1 kHz and tens of Hz. The high-frequency semicircles, which depend only on the catholyte concentration, could be correlated to the charge transfer processes in competitive CO2 reduction and hydrogen evolution reactions at the cathodes. The EIS characteristics of the CO2/H2O co-reduction single cell could be explained by the equivalent circuit suggested in this study. In this circuit, the cathodic mass transfer and anodic charge transfer processes are collectively represented by a parallel combination of resistance and a constant phase element to show low-frequency semicircles. Through nonlinear fitting using the equivalent circuit, the parameters for each electrochemical element, such as polarization resistances for high- and low-frequency processes, could be quantified as functions of feed concentration and cell voltage.
The development need of new renewable energy is more and more important to resolve exhaustion of chemical fuels and environmental pollution. Polymer electrolyte membrane fuel cell has been widely studied to the extent that it can be used commercially. But there are many problems to be solved. One of them is to enhance the stability of fuel cell stacks. This paper proposes a new fault diagnosis method using Least Square Method (LSM) which is one of parameter estimation methods. The proposed method extracts equivalent circuit parameters from on-line measurements. Parameters of the circuit are estimated according to normal and abnormal states using simulation. The variation of parameters estimated in each states enables the estimation of state in fuel cells. Thus the LSM presented can be a suitable on-line parameter estimation method in PEMFC.
본 논문에서는 연료전지나 배터리 및 슈퍼커패시터 등의 전기화학적 전력기기의 임피던스 모델링에 적합한 저가의 임피던스 분광 시스템을 설계하고 구현하였다. 제안된 시스템은 간단한 센서회로 및 상용 DAQ(Data Acquisition) Board와 강력한 HMI(Human-Machine Interface)를 지원하는 그래픽 언어인 LabVIEW 소프트웨어를 이용하여 구성되었고 고가의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 장비를 대체하여 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 제안된 시스템에서는 Lock-in Amplifier를 이용함으로써 노이즈(Noise)가 많은 환경에서도 측정 주파수 성분의 정확한 측정이 가능하게 하였다. 제안된 시스템을 이용하여 Ballard Nexa 1.2kW PEM 연료전지 스택의 주파수별 임피던스를 측정하였고, 이를 바탕으로 한 등가 임피던스 모델도 제안된다. 제시된 모델과 개발된 장비의 유용함은 리플전류에 의한 연료전지 스택의 교류 손실 측정을 통해 증명된다.
반복적인 작동/멈춤에 의해 고분자전해질 연료전지의 성능 감소가 촉진되며, 이는 연료전지 자동차의 상용화를 위해 반드시 해결되야 한다. 고분자전해질 연료전지 스택의 운전을 정지했을 때 연료극 유로에는 수소가, 공기극 유로에는 공기가 남아 있어 연료전지가 열림회로 전위 상태에 한동안 유지되며 이로 인해 촉매의 소결이 촉진되고 과산화수소 라디칼이 형성되어 전해질를 분해시키는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 반복적인 작동/멈춤이 따라 고분자전해질 연료전지의 성능 감소와 막-전극 접합체의 특성에 미치는 영향을 조사하고, 운전 정지 시 잔존 수소를 제거함으로써 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 방법을 제안하였다.
Recently, hydrogen energy has been anticipated to change the paradigm of conventional power systems because it can expand sustainable energy utilization and conceptually provide remarkable flexibility to power system operation. Since hydrogen energy can be converted to electric energy through fuel cells, fuel cells are expected to play an important role in the future hydrogen economy. In this paper, a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is modeled as an equivalent circuit and its steady-state characteristics investigated using the model. PEMFCs can be connected to power systems through power conditioning systems, which consist of power electronic circuits, and which are operated as distributed generators. This paper analyzes the effects of the characteristics of the PEMFC internal voltages and investigated the dynamic responses of the PEMFC under fault conditions. The results show that the fault current contribution of the PEMFC is different from those of conventional generators and is closely related to its operating point.
Kim, Jae-Hyung;Shin, Beum-Joo;Baik, Seung-Wan;Jeon, Gye-Rok
센서학회지
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제26권1호
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pp.15-23
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2017
In this study, bioelectrical impedance analysis, which has been used to assess an alteration in intracellular fluid (ICF) of the body, was applied to detect intravenous infiltration. The experimental results are described as follows. Firstly, when infiltration occurred, the resistance gradually decreased with time and frequency i.e., the resistance decreased with increasing time, proportional to the amount of infiltrated intravenous (IV) solution. At each frequency, the resistance gradually decreased with time, indicating the IV solution (also blood) accumulated in the extracellular fluid (ECF) (including interstitial fluid). Secondly, the resistance ratio started to increase at infiltration, showing the highest value after 1.4 min of infiltration, and gradually decreased thereafter. Thirdly, the impedance ($Z_C$) of cell membrane decreased significantly (especially at 50 kHz) during infiltration and gradually decreased thereafter. Fourthly, Cole-Cole plot indicated that the positions of (R, $X_C$) shifted toward left owing to infiltration, reflecting the IV solution accumulated in the ECF. The resistance ($R_0$) at zero frequency decreased continuously over time, indicating that it is a vital impedance parameter capable of detecting early infiltration during IV infusion. Finally, the mechanism of the current flowing through the ECF, cell membrane, and ICF in the subcutaneous tissues was analyzed as a function of time before and after infiltration, using an equivalent circuit model of the human cell. In conclusion, it was confirmed that the infiltration could be detected early using these impedance parameters during the infusion of IV solution.
Kim, Jaehyung;Jeong, Ihnsook;Baik, Seungwan;Jeon, Gyerok
한국멀티미디어학회논문지
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제20권3호
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pp.482-490
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2017
Early detection of infiltration is one of the most important tasks of nurses to minimize skin damage due to infiltration. For subjects receiving invasive intravenous treatment, the bioelectrical impedance (impedance) were measured in the frequency range of 5 to 500 kHz using bioelectrical impedance spectroscopy (BIS). After attaching electrodes at both ends of a transparent dressing mounted on the skin in which IV solution was infused into the vein, the change in impedance was measured as a function of time and frequency before and after infiltration. The experimental results are described as follows. When IV solution was properly infused into the vein, the impedance was nearly constant over time and decreased with increasing frequency. However, when infiltration occurred, the impedance decreased significantly and thereafter gradually decreased with time. In addition, impedance decreased with time for all applied frequencies. In this study, when IV solution penetrated into the surrounding skin and subcutaneous tissue by infiltration, impedance was quantitatively analyzed for as a function of time and frequency. This suggests a method for early detection of infiltration using BIS.
Kim, Jaehyung;Lee, Mansup;Baik, Seungwan;Kim, Gunho;Hwang, Youngjun;Jeon, Gyerok
한국멀티미디어학회논문지
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제20권10호
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pp.1678-1688
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2017
Infiltration is one of detrimental problems occurring in nursing or medical settings. Early detection of infiltration is essential to minimize the risk of injury from infiltration. To perform a preliminary study on the point of care and automated infiltration detection system, bioelectrical impedance was investigated using bioelectrical impedance analyzer. We would like to report experimental results that allow impedance parameters to effectively distinguish infiltration. Electrodes were attached to both sides of the transparent dressing on the fusion site where IV solution was being infused. Then, impedance parameters before and after infiltration were measured as a function of time and frequency. The experimental results are as follows. After infiltration was intentionally induced by puncturing the vein wall with a needle, the resistance gradually decreased with time. That is, when an alternating current having a frequency of 20 kHz was applied to the electrodes, the resistance gradually decreased with time, reflecting the accumulation of IV solution in the extracellular fluid since the current could not pass through the cell membrane. Impedance parameters and equivalent circuit model for human cell were used to examine the mechanism of current flow before and after infiltration, which could be used for early detection of infiltration.
본 연구에서는 비선형 부하에서 발생되는 기본파 무효전력 및 고조파를 보상하기 위한 종전의 전압형 및 전류형 PWM 능동전력필터를 대체 할 수 있는 Z-소스 인버터 토폴로지의 하이브리드 능동전력필터에 대하여 고찰하였다. Z-소스 토폴로지의 능동전력필터의 보상 DC전원으로는 PEMFC가 사용되며, Z-소스 인버터의 shoot-through 듀티비의 조절에 의하여 낮은 연료전지의 전압을 높은 보상 전압으로 부스트 한다. 제안된 시스템은 병렬형 Z-소스 능동전력필터와 7차 고조파 (420Hz) 동조 필터로 구성되며, 이 구성에 의하여 Z-소스 능동전력필터의 스위치 디바이스의 전압 스트레스는 감소된다. 제안된 Z-소스 하이브리드 능동전력필터의 보상 알고리즘으로는 전류 동기 검출법이 사용되었다. 3상 220V/60Hz, 25A급 비선형 다이오드 부하 조건하에서 PSIM 시뮬레이션을 수행하였으며, 정상상태 및 과도상태에서의 제안된 시스템의 보상 성능을 파악하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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