• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.161-170
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• 2012

고분자 전해질 연료전지에서 물 관리는 연료 전지성능에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 공급되는 수분의 양이 적을 경우 수소이온의 이동을 담당하는 전해질의 건조현상으로, 수분의 양이 과다할 경우 반응이 일어나는 촉매층과 전해질 삼상 계면에서의 홍수현상으로 성능을 감소시키거나 동작을 멈추게 하므로 이 부분에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 연료전지 수분에 영향을 주는 요소 중, 연료극과 공기극에 공급되는 상대습도를 100%로, 동작온도를 $80^{\circ}C$로 설정한 후, 입구 측에 압력을 변화하면서, 다중물리응용 수치해석을 포함하고 유한요소를 통하여 비선형 편미분 방정식이 결부된 상용코드를 이용하여 전체적인 전기화학반응 및 성능에 대한 해석을 수행하고 공기극 측의 가스 확산층에 각 위치별 전류밀도 분포와 수분포화의 분포, 압력차에 의한 동작물질의 속도 등을 분석하여 보았다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 연료전지의 성능은 압력의 세기에 따라 달라지며 압력이 높을수록 성능과 위치별 최대 전류밀도가 높게 나타났으며, 공기극의 가스 확산층에서의 수분함량은 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 수분함량이 많은 것으로 나타났으며 특히 전극의 바로 아래 부분에서의 수분이 더 많이 응축되어 나타났으며 공기극 가스 확산층에서의 동작물질의 속도는 동작물질의 입구방향에서 출구측으로 진행할수록 그 변동 폭이 크게 나타났다.

• 전기화학회지
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• 제13권4호
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• pp.283-289
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• 2010

2차원 전산 해석 모델을 사용하여 고온 고분자 전해질 연료전지의 전산해석을 수행하였다. 해석 모델은 기존의 실험데이터와의 비교를 통해 검증하였으며, 다양한 작동 조건이 연료전지의 성능에 미치는 영향을 파악하기 위해 일련의 전산해석을 수행하였다. 본 전산해석의 결과를 통해 교환전류밀도, 이온전도도, 공급유량 및 작동압력이 증가할수록 연료전지의 성능이 향상됨을 확인하였다. 또한, 기체 확산층의 기공율이 높을수록 기체의 확산이 향상되어 연료전지의 성능이 향상되었으며, 양극 기체 확산층의 기공율에 의한 효과가 음극에 비해 더 두드러지게 나타났다.

• 청정기술
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• 제7권3호
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• pp.187-194
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• 2001

석탄가스화 복합발전(IGCC)의 탈황공정에 사용되는 비아연계 탈황제 중 경제성이 우수한 천연망간광석을 이용하여 황화수소 제거반응에 대한 특성을 연구하였다. $H_2S$와 천연망간광석 탈황제 사이의 반응에 대한 초기 반응 속도를 $400{\sim}800^{\circ}C$의 온도범위에서 열중량 분석기로 실험하였다. 그 결과로 황화수소 제거반응 시 초기 반응은 1차 반응이었고, 반응속도상수는 Arrhenius 식에 잘 적용할 수 있었다. 또한 황화반응이 확산에 의해 제어되는 조건에서 농도 구배가 선형을 나타내었으며, 이를 통하여 유효 확산 계수를 온도에 따른 Arrhenius식으로 나타내었다. 이 결과를 통하여 황화 반응 시 확산에 대한 활성화 에너지와 반응 빈도 인자를 구하였다.

• 공업화학
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• 제24권2호
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• pp.121-125
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• 2013

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 가스확산층의 지지체로 쓰이는 탄소종이를 탄소 단섬유를 이용하여 습식법으로 제조하였다. 습식법을 통한 탄소종이 제조는 크게 탄소 단섬유의 분산, 탄소종이 웹 제조, 페놀함침의 세 가지과정을 거치게 된다. 이번 연구에서는 몇 가지 분산제의 종류에 따른 탄소 단섬유의 분산도를 확인하고, 최적의 분산제를 찾아 탄소종이 제조 시 탄소섬유가 이차원적 배향이 잘 이루어지게 하였다. 추가적으로 페놀함침 시 첨가되는 페놀과 카본블랙 함량에 따른 전기전도도 특성을 분석하였다. 그 결과 sodium dodecyl sulfate를 분산제로 사용한 경우 탄소섬유의 분산이 가장 잘 되는 것을 확인하였으며, 페놀 및 카본블랙 함량에 따른 전도도 특성은 탄소섬유 대비페놀이 8 wt%, 카본블랙이 5 wt% 첨가된 경우 가장 우수하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.309-316
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• 2009

The effect of gas diffusion layers (GDLs) on the freeze/thaw condition durability in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) were investigated. For this purpose, three kinds of GDLs, such as, felt, paper and cloth types with different basic properties have been first prepared, then the changes in the properties and performance of cells was observed during the freeze/thaw cycles ranging from -30 to $70^{\circ}C$. The performance evaluations were conducted by using the single cells consisting of different GDLs. The performance degradation and the cell resistance increase could be directly correlated. The physical destruction of electrode was shown by SEM analysis. The mechanically supporting ability on the interface between the cell components can help enhancing the durability of PEFCs in the freeze/thaw condition.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.245-255
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• 2021

Various studies about metallic bipolar plates have been conducted to improve fuel cell performance through flow field design optimization. These research works have been mainly focused on fuel cells for vehicle, but not fuel cells for building. In order to reduce the price and volume of fuel cell stacks for building, it is necessary to apply a metallic flow field, In this study, for a metallic flow field applied to a fuel cell for building, the effect of a change in the flow field shape on the performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell was confirmed using a model and experiments with a down-sizing single cell. As a result, the flow field using a metal foam outperforms the channel type flow field because it has higher internal differential pressure and higher reactants velocity in gas diffusion layer, resulting in higher water removal and higher oxygen concentration in the catalyst layer than the channel type flow field. This study is expected to contribute to providing basic data for selecting the optimal flow field for the full stack of polymer electrolyte membrane fuel cells for buildings.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.90.2-90.2
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• 2010

The coated metallic bipolar plates are getting attractive due to their good feasibility of mass production, low contact resistance, high electrical/thermal conductivity, low gas permeability and good mechanical strength comparing with graphite materials. Yet, metallic bipolar plates for polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cells typically require coatings for corrosion protection. Other requirements for the corrosion protective coatings include low electrical contact resistance between metallic bipolar plate and gas diffusion layer, good mechanical robustness, low mechanical and fabrication cost. The authors have evaluated a number of protective coatings deposited on stainless steel substrate by electroplating. The coated metallic bipolar plates are investigated with an electrochemical polarization tests, salt dipping tests, adhesion tests for corrosion resistance and then the contact resistance was measured. The results showed that the selective samples electroplated with optimized method, satisfied the DOE target for corrosion resistance and contact resistance, and also were very stabilized in the typical fuel cell environments in the long-term.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1999년도 The 7th Summer Workshop of the Membrane Society of Korea
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• pp.27-30
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• 1999

Poly(phenylene oxide)s were used to prepare flat, integrally skinned self-supporthed asymmetric membranes by dry-wet phase separption. The intrinsic ideal gas selectivity of poly- (2,6-dimethy-1,4-phenylene oxide) (PMPO) was retained in the membranes, and improved by a coating with silicone rubber. Polymers of the same class were coated of UF supports with a silicon rubber gutter layer, yielding composite membranes with high flux but lower selectivity. The effect of th glutaraldehyde cross-linking of sodium alginate (SA) membranes on the mobility of water and ethanol has been studied with pfg nmr. Crosslinking reduces water self-diffusion, and does not seem to be stable on the timescale of weeks.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.3377-3382
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• 2007

In proton exchange membrane fuel cell, the heat is generated at the catalyst layer as result of exothermic electrochemical reaction. This heat increases temperature of gas diffusion layer and membrane whose conductivity is very sensitive to humidity, function of temperature. So it is very important to analysis heat transfer through fuel cell to maintain temperature at specified range. In this paper numerical simulation was done including reversible, irreversible, ionic resistance, water formation loss to source term of energy equation. Results show that irreversible and water formation loss contributes mainly to energy source term and as current density increases, all of energy source terms become increased and Nusselt number is increased as results of more heat generation. Particularly irreversible loss is found to be predominant among the all energy source and water formation at cathode channel influences the temperature distribution of fuel cell greatly.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2012년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.382-387
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• 2012

Water balance has a significant impact on the overall fuel cell system performance. Proper water management should provide an adequate membrane hydration and avoidance of water flooding in the catalyst layer and gas diffusion layer. Considering the important of advanced water management in PEM fuel cell, this study proposes a simple one dimensional water transportation model of PEM fuel cell for use in a dynamic condition. The model has been created by assumption that the output is the water liquid saturation difference. The liquid saturation change is the total difference between the additional water and the removal water on the system. The water addition is obtained from fuel cell reaction and the electro osmotic drag. The water removal is obtained from capillary transport and evaporation process. The result shows that the capillary water transport of low temperature fuel cell is high because the evaporation rate is low.