Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.4
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pp.374-380
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2015
In this paper, a dynamic model describing the 2 phase effect on the gas diffusion layer depending on load change of a fuel cell stack was developed to examine the effects of liquid water in fuel cell cathode gas diffusion layer on the fuel cell performance. For the developed model, 2 phase effect on the performance of a fuel cell stack depending on the load changes, concentration distribution of water vapor and oxygen inside a gas diffusion layer, the effect of the thickness and porosity of the gas diffusion layer on the fuel cell stack voltage were examined. As a result, a fuel cell stack voltage for the 2 phase model within the scope of the research become lower than that for the 1 phase model regardless of the load. Although oxygen molar concentration for the gas diffusion layer adjacent to the catalyst layer was the lowest, water vapor concentration is the highest. In addition, as thickness and porosity of the gas diffusion layer increased and decreased, respectively, the fuel cell stack voltage decreased.
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.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.9
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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.
Ferritic plasma nitrocarburising was performed on pure iron using a modified DC plasma unit. This investigation was carried out with various gas compositions which consisted of nitrogen, hydrogen and carbon monoxide gases, and various gas pressures for 3 hours at $570^{\circ}C$. After treatment, the different cooling rates(slow cooling and fast cooling) were used to investigate its effect on the structure of the compound layer. The ${\varepsilon}$ phase occupied the outer part of the compound layer and ${\gamma}^{\prime}$ phase existed between the ${\varepsilon}$ phase and the diffusion zone. The gas composition of the atmosphere influenced the constitution of the compound layer produced, i.e. high nitrogen contents were essential for the production of ${\varepsilon}$ phase compound layer. It was found that with increasing carbon content in the gas mixture the compound layer thickness increased up to 10%. In the gas pressure around 3 mbar, the compound layer characteristics were slightly effected by gas pressure. However, in the low gas pressure and high gas pressure, the compound layer characteristics were significantly changed. The constitution of the compound layer was altered by varying the cooling rate. A large amount of ${\gamma}^{\prime}$ phase was transformed from the ${\varepsilon}$ phase during slow cooling.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.394-394
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2012
We fabricated organic-inorganic superlattice films using molecular layer deposition (MLD) and atomic layer deposition (ALD). The MLD is a gas phase process in the vacuum like to atomic layer deposition (ALD) and also relies on a self-terminating surface reaction of organic precursor which results in the formation of a monolayer in each sequence. In the MLD process, 'Alucone' is very famous organic thin film fabricated using MLD. Alucone layers were grown by repeated sequential surface reactions of trimethylaluminum and ethylene glycol at substrate temperature of $80^{\circ}C$. In addition, we developed UV-assisted $Al_2O_3$ with gas diffusion barrier property better than typical $Al_2O_3$. The UV light was very effective to obtain defect-free, high quality $Al_2O_3$ thin film which is determined by water vapor transmission rate (WVTR). Ellipsometry analysis showed a self-limiting surface reaction process and linear growth of each organic, inorganic film. Composition of the organic films was confirmed by infrared (IR) spectroscopy. Ultra-violet (UV) spectroscopy was employed to measure transparency of the organic-inorganic superlattice films. WVTR is calculated by Ca test. Organic-inorganic superlattice films using UV-assisted $Al_2O_3$ and alucone have possible use in gas diffusion barrier for OLED.
The first stage blade of a gas turbine was operated under a severe environment which included both $1300^{\circ}C$ hot gas and thermal stress. To obtain high efficiency, a thermal barrier coating (TBC) and an internal cooling system were used to increase the firing temperature. The TBC consists of multi-layer coatings of a ceramic outer layer (top coating) and a metallic inner layer (bond coat) between the ceramic and the substrate. The top and bond coating layer respectively act as a thermal barrier against hot gas and a buffer against the thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the ceramic and the substrate. Particularly, the bondcoating layer improves the resistance against oxidation and corrosion. An inter-diffusion layer is generated between the bond coat and the substrate due to the exposure at a high temperature and the diffusion phenomenon. A thickness measurement result showed that the bond coat of the suction side was thicker than that of the pressure side. The thickest inter-diffusion zone was noted at SS1 (Suction Side point 1). A chemical composition analysis of the bond coat showed aluminum depletion around the inter-diffusion layer. In this study, we evaluated the properties of the bond coat and the degradation of the coating layer used on a $1300^{\circ}C$-class gas turbine blade. Moreover, the operation temperature of the blade was estimated using the Arrhenius equation and this was compared with the result of a thermal analysis.
The gas diffusion electrodes as oxygen cathodes f3r the brine electrolysis process were investigated. The gas diffusion electrode consists of a reaction layer, a gas diffusion layer, and a current distributor. The reaction layer was made from hydrophilic carbon black, hydrophobic carbon black, PTFE(polyterafluoroethylene), and Ag catalyst loaded by the silver mirror reaction or impregnation method. The gas diffusion layer was made from hydrophobic carbon black and PTFE, and Ni mesh was used as the current distributor in the reaction layer. The result that the gas diffusion electrode $(10wt\%\;Ag\;catalyst\;and\;20wt\%\;binder)$ manufactured by applying impregnation method to the carbon black f3r reaction layer showed the better performance was obtained from experiments. From the half-cell test, the measured overpotential of this oxygen cathode was about 700mV, And through the electrolysis experiment under the condition of $80^{\circ}C,\;32wt\%$ NaOH, and $300mA/cm^2$, the electrolysis voltage of this electrode was about 2.2 V, The gas diffusion electrodes manufactured in the present research were capable of continuous operations for three months.
Garbon steel(SM35C) was gas nitrocarburized at $580^{\circ}C$ in $55%N_2-40%NH_3-5%CO_2$ mixed gas atmosphere, and then the steel was induction hardened at $850^{\circ}C$. The microstructure of gas nitrocarburized surface layer was observed by optical microscope and SEM. The phase analysis was carried out by X-ray diffraction method. The mechanical properties of gas nitrocarburized SM35C steel was evaluated by hardness, wear and fatigue test. The thickness of compound and diffusion layer were increased with increasing the gas nitrocarburizing time and the densest compound layer was obtained at 3 hours gas nitrocarburizing time. In case of 15sec induction hardening after gas nitrocarburizing, the surface hardness was decreased from 800Hv to 630Hv owing to the decomposition of compound layer, but wear resistance was increased because of increased hardness of diffusion layer. The fatigue strength of induction hardened steel after gas nitrocarburizing, $58kgf/mm^2$, was higher than $41.5kg/mm^2$ of gas nitrocarburized steel and $45kg/mm^2$ of induction hardened steel, respectively.
Mechanical properties of the gas nitrocarburized product depend on the surface compound layer and the diffusion zone formed. The compound layer improves the wear resistance, and the corrosion resistance. Though phase composition, pore layer and growth rate of the compound layer varies according to the treatment time, temperature and the kind of the steel substrate, they are strongly influenced by the environmental gas composition. In the current study, the growth behavior of the compound layer and diffusion zone of the carbon steel and the alloy steel upon nitrocarburizing treatment at $570^{\circ}C$, and the phase composition and the variation in the growth rate of the compound layer according to the variation of the gas environment which was the medium of the nitriding and carburizing reaction were investigated.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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