• 전기학회논문지
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• 제60권5호
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• pp.1068-1072
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• 2011

Hydrogen Fuel Cell Vehicle(HFCV) is system that uses electrical energy of fuel cell stack to main power source, which is different system with other vehicles that use high-voltage, large-current. Isolation performance of this system which is connected with electrical fire and electrical shock is important point. Isolation resistance of electric installation is divided according to working voltage, it follows criterion more than $100{\Omega}$/VDC (or $500{\Omega}$/VAC) about system operation voltage in a hydrogen fuel cell vehicle. Although measurement of isolation resistance in a hydrogen fuel cell vehicle is two methods, it uses mainly measurement by megger. However, the present isolation resistance measurement system that is optimized to use in electrical facilities is unsuitable for isolation performance estimation of a hydrogen fuel cell vehicle because of limit of maximum short current and difference of measurement resolution. Therefore, this research developed the isolation resistance measurement system so that may be suitable in isolation performance estimation of a hydrogen fuel cell vehicle, verified isolation performance about known resistance by performance verification of laboratory level about developed system, and executed performance verification through comparing results of developed system by performance verification of vehicle level with ones of existing megger. Developed system is judged to aid estimation and upgrade of isolation performance in a hydrogen fuel cell vehicle hereafter.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.476-483
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• 2012

Proper water management is crucial for the efficient operation of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell. Especially, for automotive applications, A novel water management that can avoid both membrane dry-out and flooding is a very important task to achieve good performance and efficiency of PEM fuel cells. The aim of this study is to investigate the liquid water behavior on the gas diffusion layer (GDL) surface and in the cathode flow channel of a PEM unit fuel cell under flooding conditions. For this purpose, a transparent unit fuel cell is devised and fabricated by modifying the conventional PEM fuel cell design. The results of water droplet behavior under flooding conditions are mainly presented. The water distributions in the cathode flow channels with cell operating voltage are also compared and analyzed. Through this work, it is expected that the data obtained from this fundamental study can be effectively used to establish the basic water management strategy in terms of water removal from the flow channels in a PEM fuel cell stack.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.436-443
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• 2020

The performance prediction model of a solid oxide fuel cell stack has been developed using deep neural network technique, one of the machine learning methods. The machine learning has been received much interest in various fields, including energy system mo- deling. Using machine learning technique can save time and cost requried in developing an energy system model being compared to the conventional method, that is a combination of a mathematical modeling and an experimental validation. Results reveal that the mean average percent error, root mean square error, and coefficient of determination (R2) range 1.7515, 0.1342, 0.8597, repectively, in maximum. To improve the predictability of the model, the pre-processing is effective and interpolative machine learning and application is more accurate than the extrapolative cases.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.12-19
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• 2022

소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다.

• 한국재료학회지
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• 제23권3호
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• pp.206-210
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• 2013

In the segmented-in-series solid-oxide fuel cells (SIS-SOFCs), fabrication techniques which use decalcomania paper have many advantages, i.e., an increased active area of the electrode; better interfacial adhesion property between the anode, electrolyte and cathode; and improved layer thickness uniformity. In this work, a cell-stack was fabricated on porous ceramic flattened tube supports using decalcomania paper, which consists of an anode, electrolyte, and a cathode. The anode layer was $40{\mu}m$ thick, and was porous. The electrolyte layers exhibited a uniform thickness of about $20{\mu}m$ with a dense structure. Interfacial adhesion was improved due to the dense structure. The cathode layers was $30{\mu}m$ thick with porous structure, good adhesion to the electrolyte. The ohmic resistance levels at 800, 750 and $700^{\circ}C$ were measured, showing values of 1.49, 1.58 and $1.65{\Omega}{\cdot}cm^2$, respectively. The polarization resistances at 800, 750 and $700^{\circ}C$ were measured to be 1.63, 2.61 and $4.17cm^2$, respectively. These lower resistance values originated from the excellent interfacial adhesion between the anode, electrolyte and cathode. In a two-cell-stack SOFC, open-circuit voltages(OCVs) of 1.915, 1.942 and 1.957 V and maximum power densities(MPD) of 289.9, 276.1 and $220.4mW/cm^2$ were measured at 800, 750 and $700^{\circ}C$, respectively. The proposed fabrication technique using decalcomania paper was shown to be feasible for the easy fabrication of segmented-in-series flattened tube SOFCs.

• 전기화학회지
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• 제7권2호
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• pp.69-79
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• 2004

전산모사를 이용하여 특성을 정확하게 모사하기 위해서는 전지 내부에서 발생하는 다양한 물리적, 화학적 현상을 고려하여야 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 다양한 전지 내부 현상에 대한 변수를 고려할 수 있는 전산유체 상용코드인 CFD-ACE+를 이용하여 평판형 고체산화물 연료전지의 작동 특성을 분석하였다. 단위 스택에서 발생하는 물질전달과 열전달 및 전기화학 반응에 의한 전하이동을 복합적으로 고려하여, 작동조건 하에서 각 공정적, 구조적 변수 변화에 따른 전지특성을 예측하였다. 이러한 전산모사 방법을 통하여 확산과 유동에 의한 전지 내 반응물과 생성물의 mass fraction 분포와 단위 스택의 내부 온도분포 그리고 전지 특성을 나타내는 polarization curve에 의한 고체산화물 연료 전지의 분극 특성을 정성, 정량적으로 제시하였다. 본 연구를 통해 평판형 단위 스택 내에서의 다양한 변수 변화에 따른 전지의 작동 특성에 대한 효율적 예측이 가능하였고, 고체산화물 연료전지 작동 시 발생하는 현상에 대한 전산모사 접근법을 체계적으로 제시할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.547-553
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• 2015

For commercialization of fuel cell electric vehicles, one of the key objectives is to reduce cost of full stack assembly. Regarding Membrane Electrode Assembly, the major issue is to improve fuel cell activation process in the initial Hydrogen Oxidation Reaction and Oxygen Reduction Reaction. In this research, the VD (Vacuum Drying) process has been developed for improvement of activation process. The VD condition is developed by controlling the temperature and degree of vacuum to remove the remaining solvent of electrode. Consequently, the electrode applied to VD process showed the low characteristics such as 3.5% of remaining solvent content and the improved efficiency such as 15% of activation process speed.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2004년도 하계학술대회 논문집 D
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• pp.2367-2369
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• 2004

It is well known that an indirect methanol based fuel cell system imposes a performance limitation on the fuel cell electric vehicle (FCEV) due to the reformer lag. An optional battery system can be used together with fuel cell to improve this performance limitation and it is called a fuel cell hybrid electric vehicle (FCHEV) this paper first describes the configuration of FCHEV with explanation of the energy flow between subsystems. Mathematical modeling of each subsystem such as a fuel cell system, a battery system, a driving motor with the transmission are formulated and coded using Matlab/simulink software. It is illustrated by simulation results that fuel cell modeling yields appropriate stack voltage in order to get the required current quantity with varying hydrogen flow.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.505-511
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• 2015

고체 산화물 연료전지는 $800{\sim}1000^{\circ}C$의 고온에서 작동한다. 고온 작동은 효율에 유리하지만 재료 요구 조건, 신뢰성, 열팽창 문제 등이 발생하여 온도 제어가 중요하다. 본 연구에서는 연료전지 시스템의 열관리를 위한 상태 공간 제어기를 설계하고 응답 특성을 확인하였다. 연료전지 스택과 열관리 핵심부품인 촉매연소기는 집중 용량법을 이용한 과도 응답 모델을 개발하였고, 구성품과 통합하여 정적 운전 특성을 확인하였다. 개발된 비선형 시스템을 정격 운전 조건에서 다중 입력과 출력이 가능한 상태 공간 식으로 선형화하였다. 부하에 따라 응답특성이 현저하게 달라지는 특성을 제어하기 위해 LQR 제어기를 설계하여 궤환 제어 시스템의 온도를 제어하였다. 상태 궤환 제어기가 적어도 두 개의 제어 게인을 가지고 운전 영역에 따른 응답을 보여줄 때, 원하는 온도 응답을 나타냄을 확인하였다.

• 플랜트 저널
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• 제10권3호
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• pp.45-51
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• 2014

본 연구에서는 기존 가정용연료전지에서 활용이 미약한 중저온의 배열을 건물난방부하에 적용할 수 있도록 온도 안정화 장치를 개발하였으며 이 장치가 기존 난방설비와 연계가 가능하도록 제어시스템을 구축하였다. 연료전지 시스템의 정상작동을 위해서는 연료전지로부터 배출되는 온수의 공급온도가 $60^{\circ}C$이어야 하고 다시 연료전지로 회수되는 작동 유체의 환수온도는 항상 $55^{\circ}C$로 유지하여야 한다. 본고에서는 먼저 스택배열 활용을 극대화하기 위해 CFD 분석을 통해 소형열교환기와 기존 난방설비배관과의 최적 연계장치시스템을 구성하였다. 또한 계절별 난방 수온의 불규칙한 온도변화에 대응하기 위해서 연료전지 스택의 열원과 아파트세대 난방용 환수관을 연결한 온도자동조절 밸브를 사용하여 온도안정화 장치를 개발하였다. 소형열교환기와 통합 활용할 수 있도록 설정된 온수의 온도가 편차 ${\pm}0.5^{\circ}C$ 이내에서 유지되도록 하였다. 이 연구결과를 통해 연료전지인 PEMFC의 배열을 건물난방부하에 활용이 추후 가능할 것으로 예상된다.