• 전기화학회지
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• 제16권1호
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• pp.39-45
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• 2013

물 관리는 저온에서 작동하는 고분자전해질 연료전지의 성능에 큰 영향을 미친다. 가스확산층(gas diffusion layer, GDL)은 반응 가스를 촉매층의 반응영역으로 확산시키는 역할을 한다. 연료전지의 작동온도가 $60{\sim}80^{\circ}C$이기때문에, 고전류 밀도에서 생성된 물은 액적을 형성한다. 만약 생성된 물이 적절하게 제거되지 않는다면, GDL 내의 기공을 막게 되고 연료전지 성능이 저하된다. 본 연구에서는 플러딩 현상을 막기 위해 마이크로채널 GDL 을 제안하였다. 기존 GDL과 마이크로채널 GDL을 3차원으로 구현하여 공기 속도, 물속도, 접촉각의 변화에 따른 물의 이송을 연구하였다. 전산해석 결과를 통해 마이크로채널 GDL에서는 낮은 유동 저항으로 인해 물이 빠르게 제거되는 것으로 나타났다. 그러므로, 마이크로채널 GDL이 가스채널과 GDL 내부의 물 제거에 효율적임을 알 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.76.1-76.1
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• 2010

Recently, many efforts to solve the durability problem of PEM fuel cell are carried on constantly. However, despite this attention, durability researches of gas diffusion layer (GDL) are not much reported yet. Generally, GDL of PEM fuel cell experiences three external attacks, which are dissolution of water, erosion of gas flow, corrosion of electric potential. In this study, among these degradation factors, carbon corrosion of electric potential was focused and investigated with accelerated carbon corrosion test. Through the test, it is confirmed that carbon corrosion occurred at GDL, and corroded GDL decreased a performance of operating fuel cell. The property changes of GDL were measured with various methods such as air permeability meter, pore distribution analyzer, thermo gravimetric analyzer, and tensile stress test to discover the effects of carbon corrosion. Carbon corrosion caused not only loss of weight and thickness, but also degradation of mechanical strength of GDL. In addition, to analysis the reason of GDL property changes, a surface and a cross section of GDL were observed with scanning electron microscope. After 100 hours test, the GDL showed serious damage in center of layer.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.556-561
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• 2012

본 연구에서는 고분자형 연료전지(PEMFC) 내의 기체확산층(GDL)에서의 물질 거동 전산해석을 통하여 GDL 물성이 전지성능에 미치는 영향을 알아보았다. GDL 내에서 기상의 산소와 액상의 물의 거동을 계산하기 위하여 multi-phase mixture($M^2$) 모델을 사용하였다. GDL의 접촉각, 기공도, 기체투과도, 두께에 변화를 주며 계산을 실시하여 GDL 내에서의 물질 거동의 변화를 확인 하였고, GDL 물성이 전지성능에 미치는 영향을 파악하였다. 전산해석 결과, GDL의 접촉각과 기공도가 커지고, 두께가 얇아짐에 따라 물질전달 저항이 감소하여 GDL과 촉매층 사이의 계면에서의 물포화도가 낮아지고 산소농도는 증가하여 전지성능이 향상되는 것을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.46-53
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• 2011

Water is continuously produced in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and is transported and exhausted through polymer electrolyte membrane (PEM), catalyst layer (CL), microporous layer (MPL), and gas diffusion layer (GDL). The low operation temperatures of PEMFC lead to the condensation of water, and the condensed water hinders the transport of reactants in porous layers (MPL and GDL). Thus, water flooding is currently one of hot issues that should be solved to achieve higher performance of PEMFC. This research aims to study liquid water transport in porous layers of PEMFC by using pore-network model, while the microscale pore structure and hydrophilic/hydrophobic surface properties of GDL and MPL were fully considered.

• 설비공학논문집
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• 제28권9호
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• pp.367-372
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• 2016

Gas diffusion layer (GDL) of PEMFCs plays a role that it diffuses the reactant gases to the catalyst layer on the membrane and discharge water from the catalyst layer to the channel. Physical parameters related to the mass transport of GDL are mostly from the uncompressed GDLs while actual GDLs in the assembled stacks are compressed. In this study, the relation of compression and strain of GDLs with various Polytetrafluoroethylene (PTFE) loading is measured experimentally and In-plane gas permeability is measured at the condition that the GDLs are in compressive strain. The gas permeability decreased with the loading of PTFE and the presentation of gas permeability under compressive stain is expected to improve the accuracy of modeling work of mass transport in the GDL.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.270-278
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• 2007

다양한 종류의 기체확산층 (gas diffusion layer, GDL)을 이용하여 고분자전해질 연료전지의 성능을 시험하였으며 이를 통해 GDL의 물리적 특성과 연료전지의 성능과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 전기전도도, 기공도, air permeability, water flux, PTFE 함량, micro-porous layer (MPL)의 유무에 따른 연료전지 성능의 변화가 고찰되었다. GDL의 물리적 특성들은 서로 밀접한 관계를 가지고 있어 연료전지의 성능변화에 영향을 주었다. Carbon paper나 carbon cloth상에 MPL의 형성이 GDL의 물리적 특성을 변화시켜 연료전지의 성능을 변화시킬 수 있음을 관찰하였다. 물리적 특성과 연료전지 성능과의 관계는 전류밀도의 크기에 따라 다른 경향을 나타내거나 혹은 무관한 경향을 보였다.

• 열처리공학회지
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• 제25권2호
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• pp.65-73
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• 2012

The Gas Diffusion Layer (GDL) of fuel cell, are required to provide both delivery of reactant gases to the catalyst layer and removal of water in either vapor or liquid form in typical PEMFCs. In this study, the fabrication of GDL containing Micro Porous Layer (MPL) made of the slurry of PVDF mixed with carbon black is investigated in detail. Physical properties of GDL containing MPL, such as electrical resistance, gas permeability and microstructure were examined, and the performance of the cell using developed GDL with MPL was evaluated. The results show that MPL with PVDF binder demonstrated uniformly distributed microstructure without large cracks and pores, which resulted in better electrical conductivity. The fuel cell performance test demonstrates that the developed GDL with MPL has a great potential due to enhanced mass transport property due to its porous structure and small pore size.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.207-210
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• 2005

In this paper, a two-dimensional cross-channel model was applied to investigate influence of the gas diffusion layer(GDL) property and flow field geometry in the anode side for proton exchange membrane fuel cell(PEMFC). The GDL is made of a porous material such as carbon cloth, carbon paper, or metal wire mesh. To the simplicity, the GDL is represented as a block of material containing numerous pathways through which gaseous reactants and liquid water can pass. The purpose of present work was to study the effect of the GDL thickness and the porosity, and flow field geometry by computational fluid dynamics(CFD)

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권6호
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• pp.1975-1979
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• 2011

The modification of a gas diffusion layer (GDL), a vital component in polymer electrolyte fuel cells, is described here for use in the electrochemical detection of antibody-antigen biosensors. Compared to other substrates (gold foil and graphite), mouse anti-rHBsAg monoclonal antibody immobilized on gold-coated GDL (G-GDL) detected analytes of goat anti-mouse IgG antibody-ALP using a relatively low potential (-0.0021 V vs. Ag/AgCl 3 M NaCl), indicating that undesired by-reactions during electrochemical sensing should be avoided with G-GDL. The dependency of the signal against the concentration of analytes was observed, demonstrating the possibility of quantitative electrochemical biosensors based on G-GDL substrates. When a sandwich method was employed, target antigens of rHBsAg with a concentration as low as 500 ng/mL were clearly measured. The detection limit of rHBsAg was significantly improved to 10 ng/mL when higher concentrations of the 4-aminophenylphosphate monosodium salt (APP) acting on substrates were used for generating a redox-active product. Additionally, it was shown that a BSA blocking layer was essential in improving the detection limit in the G-GDL biosensor.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권4호
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• pp.374-380
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• 2015

본 연구에서는 연료전지 캐소드 가스 확산층에서의 물의 영향이 연료전지 성능에 미치는 영향을 검토하기 위하여 연료전지 스택의 부하 변동에 따른 가스 확산층에서의 2상 현상의 구현이 가능한 동적 모델을 개발하였다. 개발된 모델에 대하여 2상의 영향에 의한 연료전지 부하변동에 따른 연료전지 스택 성능, 가스 확산층 내부에서의 물 증기와 산소의 농도분포, 가스 확산층의 두께 및 다공성이 연료전지 스택 전압에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 그 결과 본 연구의 범위 내에서 연료전지 스택 전압은 부하에 관계없이 2상 모델이 1상 모델보다 낮아짐을 알 수 있다. 촉매층 부근 가스 확산층에서의 산소 농도는 가장 낮고 물 증기의 농도는 가장 높음을 알 수 있었다. 또한, GDL의 두께가 두꺼울수록 GDL의 다공성이 작을수록 연료전지 스택 전압이 낮아짐을 알 수 있었다.