연료전지는 친환경적 에너지 발생원으로 미래의 에너지 부족 문제와 공해 문제를 한꺼번에 해결하기 위한 방법으로 최근 그 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지는 별도의 발전 장치를 필요로 하지 않고, 수소와 산소의 반응에 의해 전기를 직접 생산하기 때문에 발전 효율이 높다. 연료전지 시스템에서의 핵심 기술은 고분자 분리막을 제조하는 것으로써 상용화된 나피온 전해질막은 제조 단가가 높고 고온에서 성능이 급감한다는 단점이 있다. 따라서 많은 학자들이 나피온 전해질 분리막을 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 연료전지용 전해질 분리막의 특허 및 논문의 기술 경쟁력 평가를 통하여 국가별, 기관별, 기업별 발표 빈도수를 정리하였으며, 고분자 전해질 연료전지, 직접 메탄올 연료전지, 그리고 알칼리 연료전지에 대한 평가를 진행하였다.
본 연구에서는 PEM 연료전지 온도 센서의 고장을 감지 및 판별할 수 있는 모델 기반 센서 고장 감지 방법이 적용된다. 연료전지 차량이 작동하는 과정에서 스택 온도는 연료전지의 내구성에 영향을 미친다. 따라서 고장 진단 알고리즘이 고장 신호를 감지하는 것은 중요하다. 센서 고장 감지의 주요 목적은 연료전지 시스템의 안정적인 작동을 보장하여 고온과 저온으로부터 스택을 보호하는 것이다. 상태 공간에 기반한 패러티 방정식이 스택 온도와 냉각수 입구 온도와 같은 센서 고장을 감지하는데 적용되며, 잔차는 정상적인 온도 신호와 비교된다. 그리고 잔차는 현재의 센서 고장을 감지하는 다양한 고장 시나리오에 의해 평가된다. 결론적으로, 본 연구에서 설계된 고장 알고리즘이 고장 신호를 감지할 수 있다.
In order to fabricate a highly performing cathode for low-temperature type solid oxide fuel cells working at below $700^{\circ}C$, electrode microstructure control and electrode polarization measurement were performed with an electronic conductor, $La_{0.8}Sr_{0.2}MnO_3$ (LSM) and a mixed conductor, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$(LSCF). For both cathode materials, when $Sm_{0.2}Ce_{0.8}O_2$ (SDC) buffer layer was formed between the cathode and yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte, interfacial reaction products were effectively prevented at the high temperature of cathode sintering and the electrode polarization was also reduced. Moreover, cathode polarization was greatly reduced by applying the SDC sol-gel coating on the cathode pore surface, which can increase triple phase boundary from the electrolyte interface to the electrode surface. For the LSCF cathode with the SDC buffer layer and modified by the SDC sol-gel coating on the cathode pore surface, the cathode resistance was as low as 0.11 ${\Omega}{\cdot}cm^2$ measured at $700^{\circ}C$ in air atmosphere.
We aim to develop antifreezing coolant used to in the 200kW Fuel Cell system that is possible to starting at low temperature and that must not to be freezed under $-30^{\circ}C$, have high coductivity, excellent system protection ability and durability.
In the present study, performances of fuel cell driven compound source hybrid heat pump system applied to a large community building are simulated. Among several renewable energy sources, ground, river, sea, and waste water sources are chosen as available alternative energies. The performance and energy cost are varied with the hybrid heat pump sources. The system design and operation process appropriate for the surrounding circumstance guarantee the high benefit of the heat pump system applied to a large community building. Th system is driven by fuel cell system instead of the late-night electricity due to the advantages of the low energy cost and waste heat with high temperature.
Performance of 20-cell stack for direct methanol fuel cell (DMFC) was tested at constant temperature. Electrode evaluation used to the stack was tested by the performance of a single cell. A new composite electrode prepared from active carbon cloth and high porous active carbon was developed for hydrophilic layer of the cell. Characteristics of a single cell using the composite electrode showed the current density of $500mA/cm^2$ at the cell voltage of 0.4V at $120^{\circ}C$. For the operating of 20 days. the cell voltage at constant cell current densty of $100mA/cm^2$ was slightly reduced from 0.62V to 0.53V with the cell voltage decay rate of 14.5%. Power of 20-cell stack at 5.3V, $100^{\circ}C$ was about 180W.
DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) has been considered as an attractive option to produce electric power in many application. In this study, in order to estimate the effects of the methanol concentration, wind velocity and temperature on the performance of DMFC, a physical prototype of DMFC was designed and manufactured, and the stack voltage of DMFC was measured during the operation of DMFC. Expecially, the experimental results showed that a low stack temperature, a low wind velocity and an excess methanol concentration lead to the increase of the time to reach the maximum stack voltage.
This study investigated the long-term durability of catalyst(Pd or Fe)-infiltrated solid oxide cells for $CO_2$/steam co-electrolysis. Fuel-electrode supported solid oxide cells with dimensions of $5{\times}5cm^2$ were fabricated, and palladium or iron was subsequently introduced via wet infiltration (as a form of PdO or FeO solution). The metallic catalysts were employed in the fuel-electrode to promote $CO_2$ reduction via reverse water gas shift reactions. The metal-precursor particles were well-dispersed on the fuel-electrode substrate, which formed a bimetallic alloy with Ni embedded on the substrate during high-temperature reduction processes. These planar cells were tested using a mixture of $H_2O$ and $CO_2$ to measure the electrochemical and gas-production stabilities during 350 h of co-electrolysis operations. The results confirmed that compared to the Fe-infiltrated cell, the Pd-infiltrated cell had higher stabilities for both electrochemical reactions and gas-production given its resistance to carbon deposition.
Effect of flow uniformity on the reaction characteristics of a catalytic combustor for high temperature fuel cell system has been experimentally investigated in the present study. One of the most important factor in designing catalytic combustion is to avoid hot spot in catalysts. In this regard, it is very important to secure flow uniformity of combustor inlet. A couple of perforated plates were applied at the front of catalyst region as flow uniformity device with minimal pressure drop. Results show that the velocity and temperature profile became more uniform when applying the flow uniformity device. CO and $CH_4$ emissions at the combustor exit were decreased and the average exit temperature was slightly increased with the flow uniformity device.
The polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) with the advantages of low-operating temperature, high current density, low cost and volume, fast start-up ability, and suitability for discontinuous operation becomes the most reasonable and attractive power system for transportation vehicle and micro-grid power plant in a household. 200W PEM-type FCs system was integrated by this study, then the electrical characteristics and diagnosis of the fuel cell were analyzed with variations on mass flow rate and stack temperature. The ranges of the variations are 1~8L/min on $H_2$ volume and $20{\sim}70^{\circ}C$ on stack temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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