Kim, Myoung-Hwan;Kil, Byung-Lea;Lim, Tae-Woo;Kim, Jong-Su;Oh, Sae-Gin;Park, Sang-Kyun;Kim, Mann-Eung;Lee, Kyung-Jin;Oh, Jin-Suk
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.34
no.4
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pp.448-454
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2010
The strengthened regulations for atmospheric emissions from ships have caused a necessity of new, alternative power system in ships for the low pollutant emissions and the high energy efficiency. Recently, new kinds of propulsion power system such as fuel cell system, which use hydrogen as an energy source, have been sincerely considered. The purpose of this work is to predict the performance of methanol fueled SOFC system and to analyze the influence of operating temperature, current density, S/C, and $H_2$ utilization ratio.
A 900 W scale direct methanol fuel cell (DMFC) stack is designed and fabricated for unmanned aerial vehicle (UAV) applications. To meet the volume and weight requirements, metallic bipolar plates are applied to the DMFC stack for the first time wherein POS470FC was chosen as bipolar plate material. To ensure good robustness of the metallic bipolar plate based DMFC stack, finite element method based simulations are conducted using a commercial ANSYS Fluent software. The stress buildup and deformation characteristics on bipolar plates and end plates are analyzed in details. The present DMFC stack exhibits the performance of 1,130 W at 32 V and 35.3 A, clearly demonstrating that it could successfully operate for UAVs requiring around 1,000 W of power.
A new electrode binder mixed with sulfonated poly (ether ether ketone) (sPEEK) and Nafion is prepared and investigated as an anode binder for direct methanol fuel cell (DMFC). The mixed binder (95 wt% sPEEK/5 wt% Nafion) shows high proton conductivity and methanol transport rate as well as no dissolution and brittleness. The effect of content as an anode binder on the performance of the cell with the given cathode is investigated. The unit cell with the anode containing 10wt% mixed binder showed the highest cell performance.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.11a
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pp.162-163
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2022
Maritime transportation is going to transfer to alternative fuels as a result of the worldwide demands toward decarbonization and tougher maritime emissions regulations. Methanol is considered as a potential marine fuel, which has the ability to reduce SOx and CO2 emissions, reduce climate change effects, and achieve the objective of green shipping. This work proposes and combines the innovative combination system of direct methanol solid oxide fuel cells (SOFC), proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), gas turbines (GT), and organic Rankine cycles (ORC) for maritime vessels. The system's primary power source is the SOFC, while the GT and PEMFC use the waste heat from the SOFC to generate useful power and improve the system's ability to use waste heat. Each component's thermodynamics model and the combined system's model are established and examined. The multigeneration system's energy and exergy efficiency are 76.2% and 30.3%, respectively. When compared to a SOFC stand-alone system, the energy efficiency of the GT and PEMFC system is increased by 19.2%. The use of PEMFC linked SOFC has significant efficiency when a ship is being started or maneuvered and a quick response from the power and propulsion plant is required.
DMFC(direct methanol fuel cell)는 액체연료의 이동과 저장의 용이성 때문에 이동용 장치를 위한 전원공급 장치로서 오랫동안 관심을 받아왔다. 하지만 methanol crossover는 DMFC의 상용화 이전에 해결해야 할 문제이다. 이를 위해 많은 분야에서 연구가 진행되고 있고, 그중에서 methanol에 저항성을 가진 촉매의 개발에 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는, 표연개질 된 PtCo/C 촉매를 사용하여 메탄올에 저항성을 가진 촉매를 합성하였다. 합성된 촉매의 size와 morphology를 알아보기 위해 transmission electron microscopy (TEM)를 사용하였다. 또한 methanol 존재 하에 산소환원반응의 activity를 알아보기 위해 Rotating ring disk electrode(RRDE) test를 하였고, MEA를 제작하여 full cell test도 병행하였다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.3
no.1
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pp.1-9
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1979
Methanol was examined as supplemental fuel for open chamber type and pre-combustion chamber type diesel engine. Pre-determined quantities of diesel oil were injected as ordinary diesel engines and methanol was added at inlet pipe using venturi, nozzel and and float chamber for the rest of the charge. In this mode of operation, addition of methanol reduced inlet and exhaust temperature. Inlet air quantities were essentially unchanged in spite of lower inlet temperature. Exhaust smoke was significantly reduced At light load when both diesel oil and methanol were introduced with small quantities, specific heat consumption was considerably increased. However, with the increase of the quantity of methanol or diesel oil, specific heat consumption was improved. With sufficient quantities of diesel oil enough to produce the power above 3/4 load, addition of methanol showed better thermal economy.
Biodiesel is manufactured from vegetable oils, etc. in reaction with methanol so that the product of biodiesel may be dangerous due to the methanol remained of it. The risks of methanol remained in biodiesel were studied by measuring flash points and dynamic viscosity to some samples of biodiesel by adding methanol to a certain percentage of. The results of flash points of biodiesel are decreased in accordance with increasing of methanol in biodiesel and also decreasing the dynamic viscosity. It was shown that the risks of explosion of biodiesel are significantly high due to lower flash points resulted from methanol remained in biodiesel fuel as a reactant or adding to biodiesel for reduction of viscosity.
The fuel cell technology as a green energy source has been actively studied to solve energy shortages and pollution problems. The generating efficiency of fuel cell is high because the electricity is directly produced by using hydrogen and oxygen and the additional power generator is not needed. The key technology is the manufacturing process of polymer electrolyte membranes for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system. The Nafion, perfluoro-based polymeric membrane is mainly used as a polymer electrolyte membrane. However, the Nafion is expensive and rapidly decreases the performance of Nafion at high temperature. So, many researchers are lively studying new alternative electrolyte membranes. In this review, through the technology competitiveness evaluation of patents and papers, the frequencies of presentation are filed by country, institution and company. In addition, polymer electrolyte membrane fuel cell, direct methanol fuel cell and alkaline fuel cell are also filed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.10
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pp.981-985
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2007
We present a MEMS-based portable Direct Methanol Fuel Cell (micro-DFMC), featured by a platinum sputtered microcolumn electrode and a built-in fuel chamber containing a limited amount of methanol fuel. Also presented is a micro-DMFC stack structure having a common electrolyte sandwiched by the microcolumn electrodes. The single cells with ME16 and PE16 electrodes show the maximum power densities of $31.04{\pm}0.29{\mu}W/cm^2$ and $9.75{\pm}0.29{\mu}W/cm^2$, respectively; thus indicating the microcolumn electrode (ME16) generates the power density (3.2 times) higher than the planar electrode (PE16). The single cell tests of ME16 and ME4 electrodes (Fig.8) show the maximum power of $31.04{\pm}0.29{\mu}W/cm^2$, and $25.23{\pm}2.7{\mu}W/cm^2$, respectively; thus demonstrating the increased window frame reduces the normalized standard power deviation (standard deviation over the average power). The normalized deviation of 0.11 in ME4 cell has been reduced to 0.01 in ME16 cell due to the increased window frames. The maximum power density of 4-cell stack is 15.7 times higher than that of the single cell. 4-cell stack produces the power capacity of 20.3mWh/g during 980min operation at the voltage of 450mV with the load resistance of $800{\Omega}$.
A bipolar plate is a major component of a fuel cell stack, which occupies 50~60% of the total weight and over 50% of the total cost of a typical fuel cell stack. In this study, a composite bipolar plate is designed and fabricated to develop a compact and light-weight direct methanol fuel cell (DMFC) stack for a small-scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV) application. The composite bipolar plates for DMFCs are prepared by a compression molding method using resole type phenol resin as a binder and natural graphite and carbon black as a conductor filler and tested in terms of electrical conductivity, mechanical strength and hydrogen permeability. The flexural strength of 63 MPa and the in-plane electrical conductivities of 191 S $cm^{-1}$ are achieved under the optimum bipolar plate composition of phenol : 18%; natural graphite : 82%; carbon black : 3%, indicating that the composite bipolar plates exhibit sufficient mechanical strength, electrical conductivity and hydrogen permeability to be applied in a DMFC stack. A DMFC with the composite bipolar plate is tested and shows a similar cell performance with a conventional DMFC with graphite-based bipolar plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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