With the matters of climate change, energy security and resource depletion, a growing pressure exists to search for replacements for fossil fuels. Among various sustainable energy sources, hydrogen is thought of as a clean energy, and thus efficient hydrogen storage is a major issue. In order to realize efficient and safe hydrogen storage, various porous materials are being explored as solid-states materials for hydrogen storage. For those purposes, it is a prerequisite to characterize a material's textural properties to evaluate its hydrogen storage performance. In general, the textural properties of porous materials are analyzed by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) measurement using nitrogen gas as a probe molecule. However, nitrogen BET analysis is sometimes not suitable for materials possessing small pores and surfaces with high curvatures like MOFs because the nitrogen molecule may sometimes be too large to reach the entire porous framework, resulting in an erroneous value. Hence, a smaller probe molecule for BET measurements (such as hydrogen) may be required. In this study, we describe a cost-effective novel cryostat for BET measurement that can reach temperatures below the liquefaction of hydrogen gas. Temperature and cold volume of the cryostat are corrected, and all measurements are validated using a commercial device. In this way, direct observation of the hydrogen adsorption properties is possible, which can translate directly into the determination of textural properties.
Adsorption of residual gas molecules damped the emission current of a W (310) field electron emission (FE) emitter. The damping speed was linearly proportional to the pressure gauge readings at pressure ranging from ${\sim}10^{-8}Pa$ to ${\sim}10^{-9}Pa$, and the proportionality constant was employed to measure pressure in the $10^{-10}Pa$ range. A time plot of FE current revealed the existence of an "initial stable region" after the flash heating of W(310) FE, during which the FE current damps very slowly. The presence of non-hydrogen gas removed this region from the plot, supplying a means of qualitatively analysing the gas species.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.923-927
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2017
Metal exposed to high temperature/high pressure/oxidizer-rich environment may cause rapid oxidation(ignition and combustion). Therefore, this study was performed for the selection of metal appropriate for high temperature/high pressure/oxidizer-rich environment. In order to make the high temperature, high pressure and oxidizer-rich environment, the test facility utilizing the catalytic reaction of hydrogen peroxide was constructed and the metal oxidation and ignition of the STS series metals were evaluated. The result showed that the change of the selected material (discoloration) and the surface roughness were observed, but the change in the weight and thickness of the specimen was not significant.
Composite vessels for high pressure gas storage are commonly used these days because of their competitive weight reduction ability maintaining strong mechanical properties. To supplement permeability of composite under high pressure, it is usually lined by metal, which is called a Type 3 vessel. However, it has many difficulties to design the Type 3 vessel because of its complex geometry, fabrication process variables, etc. In this study, therefore, GUI (graphic user interface) optimal design code for Type 3 vessels was developed based on semi-geodesic algorithm in which various factors of geometry and fabrication variables are considered and genetic algorithm for optimization. In addition, hydrogen vessels for 350/700 bar that can be applied to FCVs(fuel cell vehicles) were designed using this code for verification.
In this study, the novel concept catalytic reactor was designed for water-gas shift reaction (WGS) under high pressure. The novel concept catalytic reactor was composed of an autoclave, the catalyst, and liquid water. Cu-ZnO/$Al_2O_3$ as the low temperature shift catalyst was used for WGS reaction. WGS in the novel concept catalytic reactor was carried out at the ranges of 150~$250^{\circ}C$ and 30~50 atm. The liquid water was filled at the bottom of the autoclave catalytic reactor and the catalyst of pellet type was located at the gas-liquid water interface. It was concluded that WGS reaction occurred over the surface of catalysts partially wetted with liquid water. The conversion of CO for WGS was also controlled with changing content of Cu and ZnO used as the catalytic active components. Meanwhile, the catalyst of honey comb type coated with Cu-ZnO/$Al_2O_3$ was used in order to increase the contact area between wet-surface of catalyst and the reactants of gas phase. It was confirmed from these experiments that $H_2$/CO ratio of the simulated coal gas increased from 0.5 to 0.8 by WGS at gas-liquid water interface over the wet surface of honey comb type catalyst at $250^{\circ}C$ and 50 atm.
FCV is installed with a automatic valve attached in an high pressure cylinder to control the hydrogen flow. The supply of hydrogen from the cylinder into the fuel cell stack is controlled via the on/off operation of a solenoid attached to the automatic valve. The solenoid needs to provide the necessary attraction force even at any saturation temperature caused by drive of the vehicle. In this study, the simplified prediction equations for the saturation temperature are suggested. The finite element analysis was performed by steady state technique, according to the boundary condition in order to predict the saturation temperature and attraction force. Finally, the saturation temperature was validated through comparison between the analysis results and measurement results. From the results, the measured saturation temperature $5.9^{\circ}C$ lower with respect to the analysis results. And the error of attraction force ranged from 1.0 to 2.1 N at testing conditions.
Hydrogen is evaluated as one of new energy sources that can overcome the limitations and pollution problems of conventional fossil fuels. Although hydrogen is free from CO2, attention is required in NOx emission and flame stability in order to use hydrogen in existing gas fuel system. This study investigates the differences in operating characteristics and its problems to be modified when the hydrogen is used as fuel for existing domestic boilers and new heat recover boilers with water spray. When the hydrogen is used in domestic boilers, the efficiency is about 6-7% lower than methane due to higher partial vapor pressure in the exhaust gas at usual operating conditions above 60℃ in combustion chamber outlet temperature. On the other hand, the heat recovery boiler with water spray (HR-B/WS-X) is expected to achieve up to 95% efficiency, which is 12% more efficient than conventional boilers. It can also significantly reduce NOx emission by lowering the flame temperature.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.3
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pp.88-95
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2019
The hydrogen torch ignition system has been widely used to ignite a pure aluminum for aluminum powder combustion system because of its simple ignition method. However, the conventional hydrogen torch ignition system has a disadvantage that requires a high-pressure tank to supply hydrogen, which leads to the increase of the weight. In order to solve this problem, a hydrogen ignition system using $NaBH_4$, a solid chemical hydride, was designed in this study. The thermal decomposition of $NaBH_4$ was initiated approximately at $500^{\circ}C$ and hydrogen was generated. The parameters affecting the thermal decomposition characteristics of $NaBH_4$ were analyzed and the aluminum combustion test was carried out using $NaBH_4$-based hydrogen ignition system to study the applicability to a practical aluminum-combustion propulsion system.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.17
no.4
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pp.419-427
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2011
The characteristics for hydrogen production and the thermochemical properties of high temperature steam electrolysis(HTSE) device have been numerically analyzed in a two-dimension, steady-state with using the COMSOL $Multiphysics^{(R)}$. The main parameters for the calculation are applied voltage, ASR(Area-specific Resistance), temperature and pressure of the inlet gas flow. The results showed that thermal-neutral voltage was 1.2454 V and rather than the cell temperature increases or decreases with increasing applied voltage by thermal-neutral voltage starting this voltage the temperature in high voltage tended to rise and temperature in the low voltage tended to fall. And with, increasing the values of ASR, temperature inside the cell and the hydrogen production rate were decreased.
After $MoS_2$ catalyst was prepared at 1, 30, and 70 atm, the hydrothermal pressure effect over preparation of $MoS_2$ was investigated in terms of catalyst characterization and direct methanation. Multifaceted characterization techniques such as XRD, BET, SEM, TPR, EDS, and XPS were used to analyze and investigate the effect of high pressure over the preparation of surface and bulk $MoS_2$ catalyst. Result from XRD, SEM, and BET demonstrated that $MoS_2$ was more dispersed as preparation pressure was increased, which resulted finer $MoS_2$ crystal size and higher surface area. EDS result confirmed that bulk composition was $MoS_2$ and XPS result showed that S/Mo mole ratio of surface was about 1.3. TPR showed that $MoS_2$ prepared at 30 atm possessed higher active surface sites than $MoS_2$ prepared at 1 atm and these sites could contribute to higher CO yield during methanation. Direct methanation was used to evaluate the CO conversion of the both catalysts prepared at 1 atm and 30 atm and reaction condition was at feed mole ratio of $H_2/CO=1$, GHSV=4800, 30 atm, temperature($^{\circ}C$) of 300, 350, 400, and 450. $MoS_2$ prepared at 30 atm showed more stable and higher CO conversion than $MoS_2$ prepared at 1 atm. Faster deactivation was occurred over $MoS_2$ prepared at 1 atm, which indicated that preparation pressure of $MoS_2$ catalyst was the dominant factor to improve the yield of direct methanation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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