• 제목/요약/키워드: PEMFC stack

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Intermodulation 방법에 의한 자동차용 연료전지 스택의 실시간 진단방법 개발 (Development of Real-time Diagnosis Method for PEMFC Stack via Intermodulation Method)

  • 이용현;유승열;김종현
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제22권7호
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    • pp.76-83
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    • 2014
  • During PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) operation monitoring and diagnosis are important issues for reliability and durability. Stack defect can be followed by a critical cell voltage drop in the stack. One method for monitoring the cell voltage is CVM(Cell Voltage Monitoring), where all cells in the stack are electrically connected to a voltage measuring system and monitored these voltages. The other methods are based on the EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) and on nonlinear frequency response. In this paper, intermodulation(IM) method for diagnosis PEMFC stack is introduced. To detect one or more critical PEMFC cell voltage PEMFC stack is excited by two or more test sinusoid current, and the frequency response of the stack voltage is analyzed. If one or more critical cell voltage exists, higher harmonics on the voltage frequency spectrum will appear. For the proposed IM method, stack simulation and experiments are conducted.

장기운전에 따른 5 kW급 고분자 전해질 연료전지 스택의 특성 (Characteristics of 5 kW Class Proton-Exchange-Membrane Fuel Cell(PEMFC) Stack according to the Long-Term Operation)

  • 김재동;이정운;박달영
    • 한국가스학회지
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    • 제11권3호
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    • pp.40-43
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    • 2007
  • 스택의 디자인과 운전조건을 최적화하여 PEMFC stack의 성능을 상당히 증진시킬수 있다. 그러한 결과로, 500시간의 DSS(Daily Start-up & Shutdown) 누적 운전후에 일별 운전성능은 조금의 편차가 있었지만 (0.02-0.9%), 스택의 성능은 거의 변화가 없음을 알 수 있었다. 따라서 PEMFC 시스템의 상용화를 위해서는 스택의 수명 및 운전의 신뢰성을 향상시켜야 한다.

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고온형 고분자 전해질 연료전지 스택 내부의 냉각판 수가 스택에 미치는 열 영향성의 수치적 연구 (Analysis of Thermal Effect by Coolant Plate Number in High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Stack)

  • 최병욱;주현철
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제26권2호
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    • pp.127-135
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    • 2015
  • High-Temperautre Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (HT-PEMFC) with phosphoric acid-doped polybenzimidazole (PBI) membrane has high power density because of high operating temperature from 100 to $200^{\circ}C$. In fuel cell stack, heat is generated by electrochemical reaction and high operating temperature makes a lot of heat. This heat is caouse of durability and performance decrease about stack. For these reasons, heat management is important in HT-PEMFC. So, we developed HT-PEMFC model and study heat flow in HT-PEMFC stack. In this study, we placed coolant plate number per cell number ratio as variable and analysed heat flow distribution in stack.

고분자 전해질 연료전지 스택에서 전해질막의 열화 가속시험 (Accelerated Degradation Test of Electrolyte Membrane in PEMFC Stack)

  • 정재진;이세훈;이혜리;김세훈;안병기;고재준;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제54권1호
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    • pp.6-10
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    • 2016
  • 최근까지 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 열화연구는 대부분 단위전지에서 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC의 구동과 열화는 PEMFC 스택에서 이루어진다. 그래서 본 연구에서는 스택에서 열화가속 시험을 진행하여 단위전지의 결과와 비교하였다. 여러 종류의 열화 가속 시험 중에서 전기화학적 열화와 기계적 열화를 반복해 고분자전해질 막을 열화시키는 방법을 사용했다. 312시간 동안 전해질막을 열화시킨 후 0.6V에서 전류밀도는 스택과 단위전지에서 각각 28.4%, 27.8% 감소했다. 수소 투과 전류밀도는 스택은 16.8% 단위전지는 15.2% 증가했다. 스택과 단위전지에서의 열화 가속 시험 결과가 비슷해 단위전지의 가속 시험 방법을 스택에 적용해도 됨을 확인하였다.

자동차용 PEMFC 스택 개발 (Development of PEMFC stack for Fuelcell vehicle)

  • 신환수;조규택;성용진;김영민;서진식;김세훈
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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    • pp.374-377
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    • 2005
  • Hyundai motor company has designed a above 50kW-class PEMFC stack for Fuelcell vehicle based on SUV. Hyundai increased the power density of the stack through the optimized flowfield of bipolar plate, manifold structure, and improvement of sealing, etc. Also, Gas to Gas humidifier was adopted in fuelcell system to reduce the system humidification load, it had been proven by short stack test. Components of stack, bilpolar plate, manifold, were analyzed through the computer simulation, so temperature and pressure distribution in the components and system were improved. This stack tested in Bread Board which was organized similar to real vehicle system.

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5 kW 고온 고분자연료전지 스택 수명 극대화를 위한 운전 방법론 (Operating Method to Maximize Life Time of 5 kW High Temperature Polymer Exchange Membrane Fuel Cell Stack)

  • 김지훈;김민진;손영준;유상석
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권2호
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    • pp.144-154
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    • 2016
  • HT-PEMFC (high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell) using PA (phosphoric acid) doped PBI (polybenzimidazole) membrane has been researched for extending the lifetime. However, the existing work on durability of HT-PEMFC focuses on identifying degradation causes of lab scale. The short life time of HT-PEMFC is still the problem for its commercialization. In this paper, an operating method to maximize life time of 5kW HT-PEMFC stack are proposed. The proposed method includes major steps such as minimization of OCV (Open Circuit Voltage) exposure, control of the proper stack temperature, and N2 purging for the stack. This long life operating method was based on the fragmentary results of degradation from previous research works. Experimentally, the 5 kW homemade HT-PEMFC stack was operated for a long time based on the proposed method and the stack successfully can operate within the desired degradation rate for the target life time.

시동/정지반복에 의한 공랭식 고분자연료전지 스택 내구성 평가 (Durability Evaluation of Air-Cooled Proton Exchange Membrane Fuel Cells Stacks by Repeated Start-Up/Shut-Down)

  • 유동근;김현석;오소형;박권필
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제32권5호
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    • pp.315-323
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    • 2021
  • The air-cooled proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) stacks, which is widely used in small-sized PEMFC, have a problem in that durability is weaker than that of the water-cooled type. Because the cathode is open to the atmosphere and the structural problem of the air-cooled stack, which is difficult to maintain airtightness, is highly likely to form a hydrogen/air boundary during start-up/shut-down (SU/SD). Through the accelerated durability evaluation of the 20 W air-cooled PEMFC stack, the purpose of this study was to find out the cause of the degradation of the stack and to contribute to the improvement of the durability of the air-cooled PEMFC stack. In this study, it was possible to evaluate durability in a relatively short time by reducing 20-30% of initial performance by repeating SU/SD 1,000 to 1,200 times on an air-cooled PEMFC stack. After disassembling the stack, each cell was divided into two and the performance analysis showed that the electrode degradation was more severe in the anode outlet membrane electrode assembly (MEA), which facilitates air inflow as a whole, than in the inlet MEA. It was shown that the cathode Pt was dissolved/precipitated to deteriorate the polymer ionomer inside the membrane.

Cathode 개방형 고분자연료전지 스택 내구성 평가 (Durability Evaluation of Cathode Open-type Proton Exchange Membrane Fuel Cells Stacks)

  • 유동근;김현석;오소형;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권1호
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    • pp.12-19
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    • 2022
  • 소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다.

소형 고분자 연료전지 스택의 체결압력에 따른 성능 특성 (The Effect of Stack Clamping Pressure on the Performance of a Miniature PEMFC Stack)

  • 김병주;임성대;손영준;김창수;양태현;김영채
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제20권6호
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    • pp.499-504
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    • 2009
  • The effect of gas diffusion layer (GDL) compression caused by different stack clamping pressures on fuel cell performance was experimentally studied in a miniature 5-cell proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack. Three stacks with different GDL compressions, 15%, 35% and 50%, were prepared using SGL 10BC carbon fiber felt GDL and Gore 57 series MEA. The PEMFC stack performance and the stack stability were enhanced with increasing stack clamping pressure resulting in the best performance and stability for the stack with higher GDL compressions up to 50%. The excellent performance of the stack with high GDL compression was mainly due to the reduced contact resistance between GDL and bipolar plate in the stack, while reduced gas permeability of the excessively compressed GDL in the stack hardly affected the stack performance. The high stack clamping pressure also resulted in excessive GDL compression under the rib areas of bipolar plate and large GDL intrusion into the channels of the plate, which reduced the by-pass flow in the channels and increase gas pressure drop in the stack. It seems that these phenomena in the highly compressed stack enhance the water management in the stack and lead to the high stack stability.

다구찌 방법을 이용한 고분자 전해질 연료전지 가스켓의 강건 구조 설계 (Structural Robust Design of PEMFC Gasket Using Taguchi Method)

  • 윤진영;박정선
    • 한국항공우주학회지
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    • 제36권8호
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    • pp.740-746
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    • 2008
  • 본 연구에서는 다구찌방법을 이용하여 고분자 전해질 연료전지 스택 가스켓의 강건설계를 수행하였다. 스택의 조립과정 시 발생하는 조립오차(잡음인자)를 고려한다. 이러한 잡음인자를 포함한 연구는 연료전지 스택의 안전성 확보와 성능향상을 위해 필요하다. 잡음인자의 영향이 둔감하도록 설계하기 위하여 다구찌의 강건설계 방법을 적용하였다. 가스켓 해석의 경우 하중과 변위의 초탄성 거동을 표현하기 위하여 Mooney-Rivlin의 변형률에너지 함수를 사용하였다. 또한, 단축 및 등가 이축 인장 시험을 통해 초탄성 거동의 해석에 필요한 물성을 구하였으며, 비선형 초탄성 해석을 수행하고 강건설계를 수행 하였다. PEMFC 스택의 강건설계를 통하여 구조적 신뢰성을 확보하게 되었다.