• 제목/요약/키워드: Polymer electrolyte membrane

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인산형 연료전지(PAFC)의 전극 성능 향상을 위한 미세다공층(MPL)의 적용 (Application of Micro Porous Layer (MPL) for Enhance of Electrode Performance in Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFCs))

  • 하지훈;강성민;오유관;백동현
    • 전기화학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.32-39
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    • 2024
  • 인산형 연료전지(PAFC)의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 핵심 부품은 전극 촉매, 전해질 매트릭스 및 기체확산층(GDL) 등이 있다. 또한 전극의 성능 향상을 위해 GDL 위에 미세다공층(MPL)을 적용하는 방법도 있다. MPL은 주로 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)에서 전극 내부의 수분 관리와 접촉 저항 저감을 위한 중간 완화층 역할을 한다. 본 연구에서는 MPL이 PAFC 전극의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 MPL이 없는 GDL과 MPL을 적용한 GDL로 전극을 제작하여 단위전지의 내부 저항과 분극 곡선을 서로 비교하였다. 본 실험 결과에서 MPL을 적용하였을 때 전극의 출력 밀도가 170.2 mW/cm2에서 192.1 mW/cm2으로 향상되었다. MPL은 PEMFC에서와 같이 PAFC 전극에서도 매트릭스와 전극에서 액체 전해질과 물 관리에 효과적으로 작용하고 전극 내부의 물질 전달이 향상되어 전극 성능이 향상된 것으로 판단된다. 또한, MPL의 적용으로 PAFC 전극의 내부 저항이 감소하였고 장기 운전시에도 안정적인 성능을 지속적으로 유지하는 결과로부터 PAFC 전극에도 MPL을 적용하면 전극 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

원자력 발전소의 해수전해설비 폐수소를 활용한 PEM 연료전지 발전 시스템에 관한 연구 (A study on the power plant system combined with PEM fuel cell and the wasted hydrogen from the sea water electrolyzer of nuclear power plants)

  • 최종원;이주형;차석원;김민수
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.124.2-124.2
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    • 2010
  • Generally, a coolant of the nuclear power plant is manufactured by electrolyzing the sea water near the plant for making the sodium hypochlorite(NaOCl), which is used for sterilizing the bacteria and the shellfishes sticking to the drains or the pumps at the outlet of the cooling system due to $8-10^{\circ}C$ warmer temperature than the inlet sea water. During manufacturing the sodium hypochlorite, the hydrogen with the high purity is also produced at the anode side of the electrolyzer. This paper describes a novel power plant system combined with the polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cell, the wasted hydrogen from the sea water electrolyzer and the wasted heat of the nuclear power plant. The present status over the exhausted hydrogen at twenty nuclear power plants in Korea was investigated in this study, from which an available power generation is estimated. Furthermore, the economic feasibility of the PEM fuel cell power plant is also evaluated by a current regulations over the power production and exchange using a renewable energy shown in Korea Power Exchange(KRX).

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표면처리 탄소섬유가 PEMFC용 탄소/에폭시 복합재료 분리판의 기계적 강도에 미치는 영향 (Effect of Surface-Modified Carbon Fiber on the Mechanical Properties of Carbon/Epoxy Composite for Bipolar Plate of PEMFC)

  • 이홍기;한경식
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제31권1호
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    • pp.49-56
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    • 2020
  • Epoxy/carbon composite was used to prepare a bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). Phenol novolac-type epoxy and diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)-type epoxy mixture was used as a matrix and graphite powder, carbon fiber (CF) and graphite fiber (GF) were used as carbon materials. In order to improve the mechanical properties of the bipolar plate, surface-modified CF was incorporated into the epoxy/carbon composite. To determine the cure temperature of the epoxy mixture, differential scanning calorimetry (DSC) analysis was performed and the data were introduced to Kissinger equation in order to get reaction activation energy and pre-exponential factor. Tensile and flexural strength was obtained by using universal testing machine (UTM). The surface morphology of the fractured specimen and the interfacial morphology between epoxy matrix and CF or GF were observed by a scanning electron microscopy (SEM).

수소연료전지자동차의 최신기술 (Advanced Technologies for the Commercialization of Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle)

  • 조만;구영덕
    • 에너지공학
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    • 제23권3호
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    • pp.132-145
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    • 2014
  • 수소연료전지자동차(FCV)의 냉온기동, 가속, 주행성능, 수소연료충전시간, 및 항속거리 등의 기술 항목들은 2015-2020년경의 수요자요구를 충족하는 것으로 보인다. 그러나 짧은 내구성, 높은 가격 및 부족한 수소공급인프라 등은 본격적인 FCV 상용화를 위하여 극복해야 할 과제이다. 가격저감 및 내구성 향상 등 연료전지자동차의 상용화를 위하여 개발되고 있는 기술과제들을 중심으로 수소연료전지자동차의 기술동향을 분석한다.

연료전지 Simulator에 의한 PWM 컨버터/인버터 구동시스템에 관한 연구 (A Study on PWM Converter/Inverter Drive System by a Fuel Cell Simulator)

  • 이태원;장수진;김진태;구자성;원충연;김창현
    • 전력전자학회논문지
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    • 제9권3호
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    • pp.222-230
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    • 2004
  • 본 논문에서는 능동 연료전지 시뮬레이터를 적용한 3㎾급 연료전지 발전시스템을 제안하였다 제안된 연료전지 시뮬레이터는 실제 고체고분자형 연료전지(PEMFC)의 출력 전압, 출력 전류특성을 만들어내며, 이러한 전체 시스템의 효율적인 동작과 동 특성을 실험하였다. 본 논문에서는 제안된 시뮬레이터의 전체적인 구성도와 동작원리를 나타내었고, 연료전지 시스템의 제작 및 설계에 대해서 자세히 다루었다. 또한 제안된 시스템은 시뮬레이션과 실험결과를 통하여 검증하였다.

Wire Mesh 적용을 통한 PEMFC 성능 향상에 관한 연구 (A Study on Performance Improvement of PEMFC Using Wire Mesh Cell Structure)

  • 진상문;백석민;허성일;양유창;김세훈
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제21권4호
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    • pp.295-300
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    • 2010
  • Metal bipolar plate applied to Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell is getting most attractive due to their good feasibility of mass production and low cost. But it is one of the immediate causes of performance decline because it is difficult to reduce channel pitch of metal bipolar plate. In this study, mesh was inserted in between bipolar plate and GDL to obtain uniform contact pressure without reducing channel pitch. The section measuring and performance test were carried out to confirm the mesh structure distributes contact pressure equally in reacting area. The performance of 3 type mesh structures developed in this study were higher than the normal cell at all over the current range. Especially, it showed that the mesh cell performance was increased and pressure drop was decreased with diminishing mesh gap size. The Mesh structure was more sensitive to humidification and contact pressure change than the normal cell.

고분자 전해질 막 연료전지를 위한 Bisphenol-TP를 포함한 Poly(ether sulfone)s 고분자 막의 합성과 특성 (Synthesis and Characterization of Poly(ether Sulfone)s Containing Bisphenol-TP for PEMFC)

  • 임영돈;서동완;이순호;;강다립;김환기
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제21권4호
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    • pp.307-312
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    • 2010
  • Poly (ether sulfone)s with Bisphenol-TP and Bisphenol-AF were prepared with Bisphenol-TP <4,4-dihydroxy tetraphenyl methane>, 4-Fluorophenyl sulfone, and Bisphenol-AF <4,4-(hexafluoroisopropylidene) diphenol> using Potassium carbonate in Sulfolane at $210^{\circ}C$. Sulfonated PBTP-AF were obtained by reaction of Chlorosulfuric acid with copolymers. A series of copolymers were studied by $^1H$-NMR spectroscopy, Differential Scanning Calorimeter (DSC), and Thermo Gravimetric Analysis (TGA). Sorption experiments were conducted to observe the interaction of polymers with water and methanol.

소형 정찰 UAV를 위한 고분자 전해질막 연료전지의 경량의 금속 분리판 (Lightweight Metallic Bipolar Plates of PEMFC for a Small Reconnaissance UAV)

  • 김기인;이종광;장보선;권세진
    • 한국항공우주학회지
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    • 제38권10호
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    • pp.1031-1037
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    • 2010
  • 이 논문에서는 소형 정찰 UAV의 동력원으로 연료전지 시스템을 적용하기 위해, 기존의 흑연 분리판을 대체할 수 있는 가벼운 알루미늄 분리판을 제시하였다. 분리판은 연료전지 시스템 전체 무게의 80% 이상을 점유하므로, 경량의 알루미늄 분리판은 연료전지 UAV의 유효 탑재량과 항속 시간을 증가시킬 수 있다. 일반적으로 사용되고 있는 흑연 재질의 분리판과 성능을 비교 및 평가하기 위해 알루미늄과 흑연 분리판을 제작하였으며, 알루미늄 분리판의 성능이 흑연 분리판에 비해 약 15% 이상 증가하였음을 확인하였다. 또한, 실제 소형 정찰 UAV에 적용하기 위한 기초 연구로써 알루미늄 분리판을 이용한 단전지의 성능을 다양한 운전조건에서 측정하였다.

황화수소 피독이 고분자전해질 막 연료전지의 성능에 미치는 영향 (The performance of PEMFC after hydrogen sulfide poisoning under various operating conditions)

  • 이수;진석환;김상명
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제28권1호
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    • pp.57-63
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    • 2011
  • Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) performance degrades when hydrogen sulfide ($H_2S$) is present in the fuel hydrogen gas; this is referred to as $H_2S$ poisoning. This paper reveals $H_2S$ poisoning on PEMFC by measuring electrical performance of single cell FC under various operating conditions. The severity of $H_2S$ poisoning depended on $H_2S$ concentration under best operating conditions($65^{\circ}C$ of cell temperature and 100% of anode humidification). $H_2S$ adsorption occured on the surface of catalyst layer on MEA, but not on the gas diffusion layer(GDL) by analyzing SEM/EDX data. In addition, MEA poisoning by $H_2S$ was cumulative but reversible. After poisoning for less than 150 min, performance of PEMFC was recovered up to 80% by just inert nitrogen gas purging.

Real-time and Power Hardware-in-the-loop Simulation of PEM Fuel Cell Stack System

  • Jung, Jee-Hoon
    • Journal of Power Electronics
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    • 제11권2호
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    • pp.202-210
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    • 2011
  • Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell is one of the popular renewable energy sources and widely used in commercial medium power areas from portable electronic devices to electric vehicles. In addition, the increased integration of the PEM fuel cell with power electronics, dynamic loads, and control systems requires accurate electrical models and simulation methods to emulate their electrical behaviors. Advancement in parallel computation techniques, various real-time simulation tools, and smart power hardware have allowed the prototyping of novel apparatus to be investigated in a virtual system under a wide range of realistic conditions repeatedly, safely, and economically. This paper builds up advancements of optimized model constructions for a fuel cell stack system on a real-time simulator in the view points of improving dynamic model accuracy and boosting computation speed. In addition, several considerations for a power hardware-in-the-loop (PHIL) simulation are provided to electrically emulate the PEM fuel cell stack system with power facilities. The effectiveness of the proposed PHIL simulation method developed on Opal RT's RT-Lab Matlab/Simulink based real-time engineering simulator and a programmable power supply is verified using experimental results of the proposed PHIL simulation system with a Ballard Nexa fuel cell stack.