• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.118-127
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• 2012

고분자전해질 연료전지용 분리판 소재로 스텐레스 강의 내식성과 전기전도성을 향상시키기 위해 표면을 TiN(titanium nitride) 또는 Ti/TiN(titanium/titanium nitride)으로 코팅하여 연료전지 운전환경에서 표면 코팅층의 물성 변화를 조사하였다. 200시간의 연료전지 운전에서 표면 코팅층의 부식, 균열(crack), 박리, 표면 화학조성 변화 등을 분석하여 코팅된 TiN 또는 Ti/TiN 박막의 역할을 규명하고자 하였다. 스텐레스 강 분리판의 전기전도도와 부식저항성은 소재 표면에 질화층 박막을 코팅함으로써 증가하였으나 연료전지 환경하에서 운전시 코팅된 박막의 부식과 박리현상이 SUS316L-Ti/TiN을 제외하고 현저히 발생하였다. TiN 코팅층과 하부 기재 사이에 Ti 중간층을 도입함으로써 TiN 박막의 밀착성이 향상되고 또한 코팅층의 두께 증가로 부식 위험성이 감소하는 것을 관찰하였다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제20권6호
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• pp.347-360
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• 2021

Currently, the demand for eco-friendly energy sources is high, which has prompted research on polymer electrolyte membrane fuel cells. Both aluminum alloys and nickel alloys, which are commonly considered as materials of bipolar plates in fuel cells, oxide layers formed on the metal surface have excellent corrosion resistance. In this research, the electrochemical characteristics of 6061-T6 aluminum alloy and Inconel 600 were investigated with chloride concentrations in an acid environment that simulated the cathode condition of the PEMFC. After potentiodynamic polarization experiments, Tafel analysis and surface analysis were performed. Inconel 600 presented remarkably good corrosion resistance under all test conditions. The corrosion current density of 6061-T6 aluminum alloy was significantly higher than that of Inconel 600 under all test conditions. Also, 6061-T6 aluminum alloy and Inconel 600 presented uniform corrosion and intergranular corrosion, respectively. The Ni, Cr, and Fe, which are the main chemical compositions of Inconel 600, are higher than Al in the electromotive force series. And a double oxide film of NiO-Cr₂O₃, which is more stable than Al₂O₃, is formed. Thus, the corrosion resistance of Inconel 600 is better.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권2호
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• pp.155-161
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• 2013

본 연구에서는 도금된 폴리카보네이트를 사용하여 공기호흡형 고분자 전해질막 연료전지의 분리판을 제작하였다. 도금층은 구리 $40{\mu}m$, 니켈 $10{\mu}m$, 금 $0.3{\mu}m$ 로 구성되었으며, 구리는 전기 전도층, 니켈은 구리와 금의 결합, 금은 도금층의 부식을 방지하기 위해 사용되었다. 본 분리판을 사용하여 성능을 평가한 결과 $120mW/cm^2$ 의 전력 밀도를 보였으며 이는 동일한 조건에서 그라파이트 분리판을 사용했을 때의 전력밀도와 거의 차이가 나지 않았다. 또한 평판형 12 층 스택의 공기호흡형 연료전지를 구성한 결과 각 전지당 $132.7mW/cm^2$ 의 성능을 보였으며 이를 12 시간 운전해본 결과 안정적인 성능을 보여 공기호흡형 고분자 전해질 연료전지의 분리판으로 적합함을 확인하였다.

• 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.

• 한국세라믹학회지
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• 제45권8호
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• pp.472-476
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• 2008

The surface region of commercial stainless steel 304 and 316 plates has been modified through deposition of the multi-layered coatings composed of titanium film ($0.1{\mu}m$) and gold film ($1-2{\mu}m$) by an electron beam evaporation method. XRD patterns of the stainless steel plates deposited with conductive metal films showed the peaks of the external gold film and the stainless steel substrate. Surface microstructural morphologies of the stainless steel bipolar plates modified with multi-layered coatings were observed by AFM and FE-SEM images. The stainless steel plates modified with $0.1{\mu}m$ titanium film and $1{\mu}m$ gold film showed microstructure of grains of under 100 nm diameter. The external surface of the stainless steel plates deposited with $0.1{\mu}m$ titanium film and $2{\mu}m$ gold film represented somewhat grain growth of Au grains in FE-SEM image. The electrical resistance and water contact angle of the stainless steel bipolar plates modified with multi-layered coatings were examined with the thickness of the gold film.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.41-44
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• 2008

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 금속분리판의 전기화학적 부식을 방지하기 위한 금속 첨가 DLC(Diamond-like-carbon) 표면처리 방법을 개발하였으며, stainless steel 304를 모재로 하여 텅스텐 첨가 DLC, 티타늄 첨가 DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 금속분리판을 제작하였다. 제작된 금속분리판을 이용하여 내구성 평가,전기화학적 부식 특성, 성능평가 및 접촉저항 특성 등을 평가하였다. 전기화학적 부식특성의 경우 각각의 분리판에 대해 6.69, 1.2, 1.0 ${\mu}A/cm^2$로 모재인 STS 304의 25 ${\mu}A/cm^2$의 부식전류밀도에 비해 우수한 부식특성을 보였다. 또한 초기 성능에서 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 300 mA/$cm^2$에서 0.757 V로 측정되었으며, 이는 graphite 분리판 측정 결과인 0.758 V와 유사한 성능을 보였다. 또한 내구성 평가에서 초기 성능 대비 성능 감소율이 10% 감소하는데 소요된 시간은 graphite 분리판의 경우 2,000시간으로 나타났으며, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 1,700시간으로 측정되었다. 1,500시간 까지의 성능 감소율은 grphite,텅스텐 첨가DLC,티타늄 첨가DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판 순으로 각각에 대해 37.7, 60.3, 92.8, 45.7 ${\mu}V$/hr로 나타났다.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권1호
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• pp.25-31
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• 2011

Solid oxide fuel cells (SOFCs) have many attractive features for widespread applications in generation systems. Recently, stainless steels have attractive materials for metallic bipolar plate because metallic bipolar plates have many benefits compared to others such as graphite and composite bipolar plates. SOFC operates on high temperature of about $800{\sim}1000^{\circ}C$ than other fuel cell systems. Thus, many studies have attempted to reduced the operation temperature of SOFC to about $600{\sim}800^{\circ}C$, which is the intermediate temperature (IT) of SOFC. Low cost and high-temperature corrosion resistance are very important for the practical applications of SOFC in various industries. In this study, two specimens, 304 and 430 stainless steels with and without different pre-surface treatments on the surface were investigated. And, specimens were exposed at high temperature in the box furnace under oxidation atmosphere of $800^{\circ}C$. Oxidation behavior have been investigated with the materials exposed at different times (100 hrs and 400 hrs) by SEM, EDS and XRD. By increasing exposure time, the amount of metal oxide increased in the order like; STS304 < STS430 and As-received < As-polished < Sand-blast specimens.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.184-186
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• 2012

In this work, 3-dimensional, non-isothermal numerical simulation was performed to analyse the effects of contact resistance and electric conductivity of GDL on the fuel cell performance. For numerical simulation contact resistance of Carbon and Stainless steel was measured. The simulation results reveal that 10 times change of electric conductivity leads only 6.5% decrease of PEMFC performance. But stainless steel which has high contact resistance decrease fuel cell performance over 25% at a high current density region than carbon. This results show that suitable Surface treatment technology is needed for metal bipolar plate, especially stainless steel.

• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.442-448
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• 2021

고분자전해질 연료전지에서 분리판 유로 형상은 유체 공급과 물 및 열 확산, 접촉 저항 등에 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 25 cm² 단위 전지를 이용하여 공기극에 구리폼을 적용한 분리판을 이용하여 연료전지 성능 평가를 수행하였다. 압력과 상대습도 조건에 대한 영향을 분극 곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 분석하였다. 구리폼의 ohmic 저항이 높아 사형유로형상 보다 연료전지 성능은 낮았지만, 다공성 구조로 인한 균일한 연료 분포로 활성화 손실과 물질전달 손실이 적은 것을 확인하였다. 구리폼의 소수성이 높아 물 배출이 유리한 장점이 있지만, 저가습 조건에서는 사형유로에 비하여 전해질막 수화도가 낮은 것을 확인하였다. 다공성 금속 분리판은 균일한 압력 분포와 효과적인 수분 배출로 연료전지 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단되며, 저항을 최소화할 수 있도록 금속폼의 물성에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 한국진공학회지
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• 제18권3호
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• pp.164-175
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• 2009

전산 유체 역학 코드를 사용하여 안테나 내장형 유도 결합 플라즈마 시스템의 가스 유동 특성, 전력 흡수, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포에 대해서 살펴보았다. 복잡한 현실적 3차원 시스템에 대한 안정한 수치해의 도출을 위해서 최적화된 격자생성 전략을 구사하였으며, 이를 이용하여 플라즈마 질화 시스템을 한 예로 전력 흡수, 가스 유동, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포를 분석하였다. 금속 노출형 안테나의 경우 전력 도입부 쪽에 전력 흡수의 불균형이 모델에서 예측되었으며 유전체피복 안테나의 한 예에서 전력 흡수 표피 깊이가 실제 보고된 값인 53 mm와 잘 일치하는 50 mm로 예측되었다. 또한 수소연료 전지 분리판을 위한 고속 질화 공정용 시스템의 모델링에서도 산업용 대량 처리 시스템에 적절한 다중 분리판의 장입 간격을 가스 유동, 활발한 질화종인 질소 원자와 질소 분자 이온의 농도를 근거로 예측하였다.