• 제목/요약/키워드: Gas diffusion layer

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유동상 침탄시 저탄소 합금강의 침탄능에 미치는 Ni 함량 및 분위기 가스압력의 영향 (Effect of Ni Content and Atmosphere Gas Pressure on the Carburizability Low-Carbon Alloy Steels During Fluidized-bed Carburizing)

  • 노용식;김영희;이상윤
    • 열처리공학회지
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    • 제3권3호
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    • pp.5-12
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    • 1990
  • This study has been conducted to establish the carburizing characteristics of low carbon alloy steels with varying amount of Ni element gas-carburized for 2 hours at $930^{\circ}C$ in an atmosphere of 94% $N_2$-6% $C_3H_8$ gas mixture with some changes in gas pressure passing through the diffusion plate in the fluidized-bed furnace. The results obtained from the experiment are as follows : (1) Optical micrograph has shown that the carburized layer consists of retained austenite and plate martensite and that retained austenite increases as the pressure of gas mixture passing through the diffusion plate as well as Ni content increase. (2) Chemical analysis has shown that carbon potential increases and carburizability is also improved due to a less degree of fluidization as the pressures of gas mixtures passing through the diffusion plate increase, resulting in, however, a severe formation of soot, and the gas pressure is necessarily regulated. (3) It has been revealed that carbon concentration hardness values at a given distance measured from the surface within the carburized case. Increase with increasing the pressure of gas mixtures passing through the diffusion plate and decrease with increasing Ni content. (4) The effective case depth has been shown to almost linearly increase as the pressure of gas mixtures passing through the diffusion plate is increased and to decrease with increasing Ni content.

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Generalized Maxwell Stefan 모형을 이용한 유기 템플레이팅 실리카/알루미나 복합막의 $CO_2/N_2$ 혼합물의 투과/분리 기구 해석 (Study for Transport and Separation Mechanisms of $CO_2/N_2$ Mixture on Organic Templating Silica/Alumina Composite Membrane by Using Generalized Maxwell Stefan model)

  • 이창하;문종호;김민배;강병섭;현상훈
    • 한국가스학회지
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    • 제8권3호
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    • pp.43-51
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    • 2004
  • GMS(generalized Maxwell Stefan) 모형을 이용하여 나노기공성 TPABr (Tetrapropylammoniumbromide) templating 실리카/알루미나 복합막에서 $CO_2$$N_2$의 투과 및 분리 특성을 해석하였다. 담체로 쓰이는 메조포러스 알루미나 지지체에서의 기체 투과는 누슨 확산 (Knudsen diffusion) 및 점성 확산 (viscous diffusion 혹은 Poiseuille flow)에 의존하였으며, 이러한 투과메커니즘은 DGM (dusty gas model)을 통하여 규명할 수 있었다. 본 연구에 사용한 복합막의 분리 특성을 결정 짖는 TPABr templating silica layer의 경우 강한 흡착 특성으로 인하여, 기공 확산보다는 표면 확산(surface diffusion)을 나타내었다. 따라서 GMS 모형을 통해 다성분계의 표면 확산 투과/분리 메커니즘을 성공적으로 해석할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 복합무기막에서는 흡착량과 표면 확산 현상이 복합적으로 일어나기 때문에, 강흡착질인 $CO_2$와 비교적 약흡착질인 $N_2$ 혼합물 분리에 있어, $CO_2$의 pore-blocking 현상으로 인해 $CO_2$가 투과 농축되었다.

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X-선 단층 촬영을 이용한 동결과 융해가 기체확산층에 미치는 영향에 대한 실험적 연구 (Experimental Study of Freeze and Thaw Effect on Gas Diffusion Layer Using XRay Tomography)

  • 제준호;김종록;도승우;김무환
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제35권5호
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    • pp.487-490
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    • 2011
  • 본 논문은 동결과 융해가 고분자 전해질 연료전지 내의 기체확산층에 미치는 영향에 대해 X-선 단층 촬영법을 이용하여 수행한 실험적 연구이다. 고분자 전해질 연료전지는 외부 온도가 0 도 이하가 되면 내부의 물이 동결되며, 외부 온도가 0 도 이상으로 상승하면 다시 녹는 과정을 겪게 된다. 이 과정은 연료전지의 내부 구조에 변형을 야기하고 이로 인해 연료전지의 전력과 수명의 감소를 야기하게 된다. 기체확산층은 연료전지 내부에서 가장 두꺼운 다공성층이며, 이로 인해 가장 많은 변형이 발생된다. 본 연구에서는 포항 방사광 가속기의 X-선 단층 촬영법을 이용하여 물의 동결과 융해 과정이 기체확산층의 내부 구조에 미치는 변화를 관찰하였다. 이 기체확산층의 구조 변화가 고분자 전해질 연료전지의 전력 생산과 수명에 미치는 영향에 관해 논의하였다.

연료 전지 구성요소에 사용되는 탄소 재료에 관한 고찰 (Review of Carbon Materials Used in Fuel cell Components)

  • 장민혁;강유진;조형근;박초이;심희수;박주일
    • 한국융합학회논문지
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    • 제12권2호
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    • pp.193-200
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    • 2021
  • 화석 연료 사용으로 인한 각종 환경오염의 정도가 심화됨에 따라 많은 국가에서 대체 에너지 개발을 위한 투자를 계속해서 진행하고 있다. 대체 에너지 중 하나인 PEMFC는 양극판, 전해질, 가스 확산 층, 전극 네 가지의 주요 구성요소로 이루어져 있다. 이 중 양극판, 가스 확산 층, 전극은 보편적으로 카본 블랙, 탄소 섬유 등의 탄소 재료를 사용하여 제조한다. 탄소 재료들은 공정비용이 비싸거나 부식 등의 단점이 존재하는데 이를 개선하기 위해 많은 분야에서 연구가 진행되고 있다. 본 논문은 이 세 가지 구성요소들의 단점을 개선하기 위하여 시행된 여러 연구결과들을 취합하여 과거부터 현재까지의 PEMFC에 어떤 문제점이 있었고 어떻게 개선되어 왔는지를 파악하여 PEMFC 연구 흐름을 파악한다.

고온 고분자 전해질막 연료전지 수소극 전극에서 서로 다른 가스 확산층에 따른 최적 바인더 함량 결정 (Determination of Optimum Binder Content in the Catalyst Layer with Different GDL for Anode of HT-PEMFC)

  • 전현수;김도형;정현승;박찬호
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제33권1호
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    • pp.38-46
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    • 2022
  • Two different gas diffusion layers having noticeable differences in micro-porous layer's (MPL's) crack were studied as a substrate for the gas diffusion electrode (GDE) with different binder/carbon (B/C) ratios in high-temperature polymer electrolyte fuel cell (Ht-PEMFC). As a result, the performance defined as the voltage at 0.2 A/cm2 and maximum power density from the single cells using GDEs from H23 C2 and SGL38 BC with different B/C ratios were compared. GDEs from H23 C2 showed a proportional increase of the voltage with the binder content on the other hand GDEs from SGL38 BC displayed a proportional decline of the voltage to the binder content. It was revealed that MPL crack influences the structure of catalyst layer in GDEs as well as affects the RCathode which is in close connection with the Ht-PEMFC performance.

High Quality Nano Structured Single Gas Barrier Layer by Neutral Beam Assisted Sputtering (NBAS) Process

  • Jang, Yun-Sung;Lee, You-Jong;Hong, Mun-Pyo
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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    • pp.251-252
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    • 2012
  • Recently, the growing interest in organic microelectronic devices including OLEDs has led to an increasing amount of research into their many potential applications in the area of flexible electronic devices based on plastic substrates. However, these organic devices require a gas barrier coating to prevent the permeation of water and oxygen because organic materials are highly susceptible to water and oxygen. In particular, high efficiency OLEDs require an extremely low Water Vapor Transition Rate (WVTR) of $1{\times}10^{-6}g/m^2$/day. The Key factor in high quality inorganic gas barrier formation for achieving the very low WVTR required ($1{\times}10^{-6}g/m^2$/day) is the suppression of defect sites and gas diffusion pathways between grain boundaries. In this study, we developed an $Al_2O_3$ nano-crystal structure single gas barrier layer using a Neutral Beam Assisted Sputtering (NBAS) process. The NBAS system is based on the conventional RF magnetron sputtering and neutral beam source. The neutral beam source consists of an electron cyclotron Resonance (ECR) plasma source and metal reflector. The Ar+ ions in the ECR plasma are accelerated in the plasma sheath between the plasma and reflector, which are then neutralized by Auger neutralization. The neutral beam energies were possible to estimate indirectly through previous experiments and binary collision model. The accelerating potential is the sum of the plasma potential and reflector bias. In previous experiments, while adjusting the reflector bias, changes in the plasma density and the plasma potential were not observed. The neutral beam energy is controlled by the metal reflector bias. The NBAS process can continuously change crystalline structures from an amorphous phase to nano-crystal phase of various grain sizes within a single inorganic thin film. These NBAS process effects can lead to the formation of a nano-crystal structure barrier layer which effectively limits gas diffusion through the pathways between grain boundaries. Our results verify the nano-crystal structure of the NBAS processed $Al_2O_3$ single gas barrier layer through dielectric constant measurement, break down field measurement, and TEM analysis. Finally, the WVTR of $Al_2O_3$ nano-crystal structure single gas barrier layer was measured to be under $5{\times}10^{-6}g/m^2$/day therefore we can confirm that NBAS processed $Al_2O_3$ nano-crystal structure single gas barrier layer is suitable for OLED application.

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오스테나이트계 고크롬강의 가스질화거동에 관한 연구 (GasNitriding Bechavior Austenitic High Cr Steels)

  • 김영희;김도경
    • 열처리공학회지
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    • 제11권4호
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    • pp.258-267
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    • 1998
  • For the purpose of investigating the growth characteristics and composition of nitrides, gas nitridings of the austenitic stainless steel, STR 36 heat resisting steel and martensitic stainless steel are investigated at the temperature ranges between $500^{\circ}C$ and $675^{\circ}C$ for 5hours under the $75%NH_3+5%CO_2+20%$Air gas atmosphere. When gas nitriding the austentic stainless steel and STR 36 heat resisting alloy, the abnormal growth behavior of compound layer deviating from the conventional diffusion law with increasing temperature appears, while the compound layer of martensitic stainless steel shows the normal diffusional growth behavior. From the examination of microstructure, X-ray diffraction and hardness test, it is concluded that the abnormal growth behavior of compound layer with increasing temperature induces from the formation and dissolution of CrN and ${\gamma}^{\prime}-Fe_4N$ at the nitriding temperature ranges of $600{\sim}650^{\circ}C$.

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인산형 연료전지의 다공성전극 제조에 관한 기초적연구 (Fundamental Studies on the Manufactruring of prouse Electrode for Plosphoric Acid Fuel Cell.)

  • 김영우;박정일;이주성
    • 한국표면공학회지
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    • 제22권2호
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    • pp.55-61
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    • 1989
  • A fuel cell which causes electrochemical ratio of conventional with oxygen consists of mainly there parts, such as electrolyte, fuel and oxidant electrode. IN this paper, most efforts were delivered to manufacturing PETE-bonded gas-diffusion electrode, and preparation methods of the porous electrodes has been discussd. A medio temperature, phosphoric acid fuel cell (PAFC) provided with fuel (hydrogen) and oxygen showed oxygen showed excellent performance characteristics with made electrodes. Performance data obtained from hydrgen-oxygen cell were presented to illustrate their properties. It was found that the optimum amounts of platinum in clectrode for hydrgen-oxygen PAFC were about 3mg/cm3 and the PTFE content of gas diffusion layer and catalyst layer were 25% and 15%, respectively.

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탄소화합물/Polymer Binder 복합체를 이용한 기체확산층 제조 및 성능 평가 (Preparation and Performance Evaluation of Gas Diffusion Layer Made of Carbon Compounds/Polymer Binder Composites)

  • 이지정;최범철;박윤경;이재영;이홍기
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.92.2-92.2
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    • 2011
  • 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)의 가격 결정 요인 중 막 전극 접합체 (MEA)가 차지하는 비중은 약 45%정도이며, 이것을 구성하는 주요 부품인 기체 확산층 (GDL)은 carbon paper나 carbon cloth 형태가 사용되고 있다. 그렇지만 GDL을 제조하는 공정은 매우 복잡하고, 그 가격이 너무 높은 단점이 있다. 본 연구에서는 카본블랙, 흑연 등의 탄소화합물과 polymer binder를 이용하여 단순화된 공정으로 GDL을 제조하였다. 또한, GDL의 물리적 특성이 전극 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 표면 morphology, 접촉각 및 표면에너지, 전기전도도, 기체투과도, porosity, pore distrivution 등을 측정하였고, 각각의 GDL 표면에 동량의 Pt 촉매를 도포하여 MEA를 제작한 후 그 성능을 평가하였다.

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모바일용 연료전지의 성능해석에 관한 연구 (A Study on the Performance Analysis of Mobile Fuel Cell)

  • 김광수;최종필;정창렬;장재혁;전병희;김병희
    • 한국정밀공학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.115-121
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    • 2008
  • In this paper, a three-dimensional computational fluid dynamic model of a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) with serpentine flow channel is presented. A steady state, single phase and isothermal numerical model has been established to investigate the influence of the GDL (Gas Diffusion Layer) parameters. The GDL is made of a porous material such as carbon cloth, carbon paper or metal wire mesh. For the simplicity, the GDL is modeled as a block of material having numerous pathways through which gaseous reactants and liquid water can pass. The porosity, permeability and thickness of the GDL, which are employed in the model parameters significantly affect the PEMFC performance at the high current region.