• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• v.38 no.6
• /
• pp.602-608
• /
• 2014

Hydrogen energy, a field of low-carbon substitute energy, can be produced by fossile fuel reforming and electrolysis of water etc. We developed 1kW class flat type reformer for PEM Fuel Cells. The PEMFC is highly sensitive to carbon monoxide because CO has detrimental effects on the performance of the fuel cell. Thus, reformed gas supplied to Fuel cell system, which maintained CO concentration below 10ppm. After applying optimum drive condition, reformed gas was measured with gas chromatography and could find out about each experimental condition of $H_2$ and CO concentration. As a results, The 1kW class plate type hydrogen generation system's optimum condition is A/F ratio ${\alpha}=1.3$, STR temperature 1023K, S/C ratio 3, and $PrOx1{\cdot}2$ 30cc/min. It turns out that installation of PrOx 2 stage is more efficient for reducing CO concentration.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.51 no.3
• /
• pp.370-375
• /
• 2013

We analyze the effects of CO poisoning and air bleeding on the performance of a PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell stack fabricated using commercial MEA (membrane electrode assembly). Dynamic response data from the experiments on the performance of a stack are identified by obtaining steady-state gains and time-constants of the first-order system model expressed as a first-order differential equation. It is found that the cell voltage of the stack decreases by 1.3-1.6 mV as the CO concentration rises by 1 ppm. The time elapsed to reach a new steady state after a change in the CO concentration is shortened as the magnitude of the change in the CO concentration increases. In general, the steady-state gain becomes bigger and the time-constant gets smaller with increasing the air concentration (air-bleeding level) in the reformate gas to restore the cell voltage. However, it is possible to recover 87%-96% of the original cell voltages, which are measured with free of CO, within 1-30 min by introducing the bleed air as much as 1% of the reformate gas into the stack.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.127.2-127.2
• /
• 2010

우리나라는 기후변화 대응을 준비하기위해 2008년도에 수립한'국가에너지기본계획(2008-2030)'에 따라 2030년까지 신재생에너지 비중을 2.4%에서 11%까지 달성을 목표로 정하고 신재생에너지 분야를 성장시키기 위해 국가기술개발 및 산업화 전략을 수립해 추진하고 있다. 이에 발맞추어 건물용 연료전지시스템의 경우, 2006년도부터 1kW급 가정용 연료전지시스템 모니터링 사업의 일환으로 3년간 210대가 도시가스사 및 지자체 등을 중심으로 설치되어 운전되어지고 있다. 특히, 2010년부터 시범보급사업이 추진되어 올해 200대를 시작으로 2011년에 300대, 2012년에 500대가 일반가정에 보급되어질 예정이다. 하지만 현재 6천만원인 연료전지시스템 가격을 실제 보급가능한 가격인 5백만원 이하로 저감시키는 것이 현 시점에서 가장 시급한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가방법을 개발하여 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가방법을 제시함으로서, 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과를 제조사에 feedback하여 안전성능 개선에 이바지하고자 한다.

• Carbon letters
• /
• v.17 no.1
• /
• pp.53-64
• /
• 2016

Nitrogen (N)-doped ordered mesoporous carbons (OMCs) with a dual transition metal system were synthesized as non-Pt catalysts for the ORR. The highly nitrogen doped OMCs were prepared by the precursor of ionic liquid (3-methyl-1-butylpyridine dicyanamide) for N/C species and a mesoporous silica template for the physical structure. Mostly, N-doped carbons are promoted by a single transition metal to improve catalytic activity for ORR in PEMFCs. In this study, our N-doped mesoporous carbons were promoted by the dual transition metals of iron and cobalt (Fe, Co), which were incorporated into the N-doped carbons lattice by subsequently heat treatments. All the prepared carbons were characterized by via transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). To evaluate the activities of synthesized doped carbons, linear sweep was recorded in an acidic solution to compare the ORR catalytic activities values for the use in the PEMFC system. The dual transition metal promotion improved the ORR activity compared with the single transition metal promotion, due to the increase in the quaternary nitrogen species from the structural change by the dual metals. The effect of different ratio of the dual metals into the N doped carbon were examined to evaluate the activities of the oxygen reduction reaction.

• Journal of Hydrogen and New Energy
• /
• v.12 no.4
• /
• pp.277-285
• /
• 2001

We developed a compact, 10 kWe, purifier-integrated reformer which supplies hydrogen for fuel cell vehicles. Our proprietary technologies regarding hydrogen purification by palladium alloy membrane and catalytic combustion by noble metal coated wire-mesh catalyst were combined with the conventional methanol steam reforming technology, resulting in higher conversion, excellent quality of product hydrogen, and better thermal efficiency than any other systems. In this system, steam reforming, hydrogen purification, and catalytic combustion take place all in a single reactor so that the whole system is compact and easy to operate. The module produces $8.2Nm^3/hr$ of 99.999% or higher purity hydrogen with CO impurity less than 10 ppm, which is equivalent to 10 kWe when PEMFC has 45 % efficiency. Thermal efficiency of the module is 81 % and the power density of the module is 1.6 L/kWe. As the results of experiments, cold-start time has been measured about 20 minutes. Response time of hydrogen production to the change of the feed rate has been within 1 minutes.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.90.2-90.2
• /
• 2011

세계 각 국에서는 선진국을 중심으로 기후변화와 치솟는 유가에 대응하기 위하여 다양한 에너지원의 확보를 위해 부단히 노력하고 있다. 특히, 신재생에너지원 중 에너지 지속성이 가장 우수한 연료전지의 경우 1kW급 건물용 연료전지시스템이 도시가스 인프라가 가장 우수한 한국 및 일본을 중심으로 상용화에 가장 근접해 있는 실정이다. 일본의 경우 가정용 연료전지시스템 '에너팜'의 일부 제품이 올해부터 200만엔대로 가격을 내려 보급되어질 예정이고, 아직은 경제성이 떨어지지만 연료전지 조기 상용화를 위해 시스템 가격저감을 통한 기술개발이 한창이다. 또한 700W급 고체산화물형 연료전지시스템을 세계에서 처음 시판 계획을 가지고 있다. 국내의 경우 2009년도부터 시작된 '그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지 보조기기 가격저감 기술개발'연구를 통해 블로워, 밸브, 유량계 및 펌프 등의 보조기기의 단가를 낮추고자 기술개발에 박차를 가하고 있다. 이에 따른 연료전지 부품 가격저감 기술이 국내 건물용 연료전지 시장보급의 활력소가 되기를 기대한다. 본 연구에서는 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가를 통한 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가를 수행하였고, 평가결과의 공유를 통하여 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과 비교를 통하여, 연료전지 부품 인증기준을 재정립하여 연료전지 부품산업의 조기 활성화를 도모하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.11a
• /
• pp.82.1-82.1
• /
• 2011

최근 국내에서 발생된 대규모 정전사태로 인해 안정적인 전력공급에 대한 국민들의 요구가 커져, 지난 3월 일본 후쿠시마 원전사고 이후 다시 한번 분산전원에 대한 필요성이 대두되어지고 있다. 여러 분산전원 중 연료전지는 다른 에너지원에 비해 에너지의 지속성이 우수하여 가장 안정적인 분산전원 형태의 하나이다. 이에 따라 국내의 경우 우수한 도시가스 인프라로 인해 건물용 연료전지라는 신기술에 대한 국민의 수용성은 점점 높아질 것으로 기대된다. 현재 건물용 연료전지의 경우, 주로 1kW급 연료전지가 시범보급되어 각 가정에 설치되어지고 있으나, 상가, 주유소 및 편의점 등의 상업시설과 생활관 및 소형빌라 등의 집단 주거시설 같은 1kW급 보다 용량을 더 필요로 하는 응용처에 국내에서 개발된 5kW급 연료전지시스템이 적용되어지기를 기대한다. 본 연구에서는 국내 제작된 5kW급 고분자전해질 연료전지시스템의 보급이전에 안전성능 평가를 통해 시스템의 성능 및 안전성 평가결과를 제조사에 피드백 하여 5kW급 건물용 연료전지시스템의 조기 상업화에 앞장서고자 한다. 5kW급 연료전지시스템의 기술개발은 핵심부품인 연료변환기, 스택 및 BOP 기술의 경우 1kW급 연료전지시스템에 적용된 것과는 다른 기술이 필요하고, 단순한 scale-up 과정이 아닌 새로운 기술개발로 제품에 적용시켜야 하는 난점을 가지고 있다. 특히, 연료변환기의 경우 연료 유량의 증가로 인하여 reformer, CO shift 및 Prox 반응기의 유체역학, 열교환 흐름 및 촉매반응 공학적으로 이론을 응용한 새로운 반응기 설계와 제작기술 확립이 선행되어 전체적인 시스템 제작 설계에 반영되어져야 한다. 그러므로 본 연구에서는 연료전지시스템 안전성능 평가를 위해 용량증대에 따른 안전성평가 항목을 검토하고, 5kW급 연료전지시스템평가를 수행하여 시스템의 제품성능, 작동성능 및 계통연계성능에서의 안전성을 확인하였고, 정전 유풍과 같은 이상조건 및 실외 환경에 대한 시스템의 안전성도 확인하였다. 또한 부하운전 조건을 75% 및 50%로 변화시켰을 때 빠른 응답시간과 안정적인 부하변동운전을 확인하였다.

• Membrane Journal
• /
• v.27 no.1
• /
• pp.53-59
• /
• 2017

In this study, the composite membranes prepared by sulfonated graphene oxide (sGO) and Nafion were developed as proton exchange membranes (PEMs) for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). The sGO/Nafion composite membranes were prepared by mixing Nafion solution with the sGO dispersed in a binary solvent system to improve dispersity of sGO. The composite membranes were investigated in terms of ionic conductivity, ion exchange capacity (IEC), FT-IR, TGA and SEM, etc. As a result, the binary solvent system, i.e., ortho-dichlorobenzene (ODB) and N,N-dimethylacetamide (DMAc), were used to obtain high dispersion of sGO particles in Nafion solution, and the ionic conductivity of the sGO/Nafion composite membrane showed $0.06Scm^{-1}$ similar to other research results at lower water uptake, 11 wt%.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.6 no.3
• /
• pp.212-216
• /
• 2003

The humidification measurement system designed in laboratory was used to measure relative humidity and temperature of reaction gases passing through internal or external humidifier which was used in proton exchange membrane fuel cell test station. The relative humidity of gases was stabilized after $10\~20$ minutes and thus credibility of data could be assured. The effect of relative humidity on fuel cell performance could be analyzed by humidity measurement system. Extreme caution was needed to avoid humidity sensor mal-function or failure which is probable in experiment of high humidity condition near $100\%$. The amount of water carried by gas through humidifier was increased along the flow rate of gas. However, the extent of increase was lowered at high gas flow rate. These phenomena could be analyzed as residence time effect of gas in humidifier.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.36 no.12
• /
• pp.1185-1192
• /
• 2012

The typical operating temperature of an automotive fuel cell is lower than that of an internal combustion engine, which necessitates a refined strategy for thermal management. In particular, the performance of the cooling module has to be higher for a fuel cell system because the temperature difference between the fuel cell and the surrounding is lower than in the case of the internal combustion engine. Even though the cooling system of an automotive fuel cell determines the operating temperature and temperature distribution of the fuel cell, it has attracted little research attention. This study presents the mathematical model of a cooling system for an automotive fuel cell system using Matlab/$Simulink^{(R)}$. In particular, a radiator model is developed for design optimization from the development stage to the operating stage for an automotive fuel cell. The cooling system model comprises a fan, pump, and radiator. The pump and fan model have an empirical relation, and the dynamics of the pump and fan are only explained by motor dynamics. The basic design study was conducted, and the geometric setup of the radiator was investigated. When the control logic was applied, the pump senses the coolant inlet temperature and the fan senses the coolant out temperature. Additionally, the cooling module is integrated with the fuel cell system model so that the performance of the cooling module can be investigated under realistic operating conditions.