• 멤브레인
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• 제13권1호
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• pp.47-53
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• 2003

Poly(ether ether ketone)(PEEK)를 황산을 사용하여 설폰화시킨 후 폴리설폰과 다양한 조성으로 혼합하여 블렌드 고분자 전해질 막을 제조하였고 조성의 변화에 따른 메탄을 투과도, 수소이온전도도, 그리고 이온교환용량의 변화를 측정하였다. 폴리설폰의 경우 이온전도도는 낮은 반면에 메탄올에 대한 저항은 우수하였다. 그러나, 설폰화된 PEEK의 양이 증가함에 따라 메탄을 투과도와 수소이온전도도가 함께 증가하였다. 이온전도도와 메탄을 투과도의 비로부터 폴리설폰의 양이 20%일 때 가장 좋은 선택성을 가지는 것을 알 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.318-323
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• 2015

For commercialization of fuel cell electric vehicles, one of the key objectives is to improve durability of MEA and electrocatalysts. Regarding electrocatalysts, the major issue is to reduce carbon corrosion and dissolution of Pt caused by harsh conditions, for example, SU/SD (Start-up/Shut-down). In this research, OER (Oxygen Evolution Reaction) catalyst has been developed improvement of durability. A modified polyol process is developed by controlling the pH of the solvent to synthesize the PtIr nanocatalysts on carbon supports. Each performance of the MEAs applying PtIr and Pt are equivalent because PtIrnanocatalysts have both ORR and OER activity. Breadboard test for catalyst durability in harsh conditions and high potentialsis found that the MEA applying PtIrnanocatalysts durability is improved more than the MEA applying Pt nanocatalysts.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.386-392
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• 2013

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stacks are constructed by stacking several to hundreds of unit cells depending on their power outputs required. Fuel and oxidant are distributed to each cell of a stack through so-called manifolds during its operation. In designing a stack, if the manifold sizes are too small, the fuel and oxidant would be maldistributed among the cells. On the contrary, the volume of the stack would be too large if the manifolds are oversized. In this study, we present a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model with a geometrically simplified flow-field to optimize the size of the manifolds of a stack. The flow-field of the stack was simplified as a straight channel filled with porous media to reduce the number of computational meshes required for CFD simulations. Using the CFD model, we determined the size of the oxidant manifold of a 30 kW-class PEM fuel cell stack that comprises 99 cells. The stack with the optimal manifold size showed a quite uniform distribution of the cell voltages across the entire cells.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권6호
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• pp.593-601
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• 2011

다양한 작동 조건에서 고분자 전해질형 연료전지의 성능 변화를 예측하기 위한 해석 프로그램을 구성하여 열관리가 시스템의 성능에 미치는 영향을 해석하였다. 전체 시스템은 연료전지 스택, 공기공급계, 연료공급계, 열 관리계로 구성 되었으며 각 구성부의 설계점을 고려하여 열역학적 모델링을 적용 하였다. 외기온 변화와 냉각 시스템의 성능 변화에 따라 연료전지 스택의 온도 및 출력 변화가 예상되므로 탈설계 해석을 하여 전체 시스템의 성능 변화를 예측하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.337-344
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• 2011

고분자 전해질막 연료전지에서 공급 기체의 가습은 연료전지의 효율과 수명 향상 측면에서 필수적이다. 기존의 고분자 전해질막 연료전지의 가습 방법으로 물 분사나 막가습기, 엔탈피 휠 등이 사용되었다. 하지만, 이러한 외부 가습 방법은 시스템 부피를 크게 하고 고출력 구간에서 가습량이 부족한 단점이 있다. 가습 장치의 효율과 전체 연료전지 시스템 효율을 높이려면, 연료전지의 고온다습한 배출기체로부터 열과 수분을 회수할 필요가 있다. 본 연구에서는 연료전지의 고온다습한 배출공기를 재순환하여 공급공기를 1 차로 가습하고 소형의 막가습기로 2 차 가습하는 복합가습에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 그리고 최적의 가습 시스템 설계를 위한 새로운 방법을 제안하였다.

• 멤브레인
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• 제20권2호
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• pp.159-168
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• 2010

본 연구에서는 연료전지용 강화 복합막 지지체 제조를 위해 높은 다공성을 가지는 PVdF 평막을 제조하였다. 높은 다공도로 인한 낮은 기계적 강도를 보완하기 위한 방법으로 나노 사이즈의 laponite를 막 내에 분산시켰다. 제조된 PVdF/Laponite 복합막의 모폴로지 및 다공도는 SEM 분석 및 무게 중량법을 사용하여 평가하였고, 60% 이상의 다공도를 보였다. 첨가된 laponite 함량에 따른 막의 열적 안정성은 $105^{\circ}C$, $135^{\circ}C$에서의 수축률을 이용하여 평가하였으며, laponite 함량이 5%일 때 $135^{\circ}C$에서 MD와 TD방향으로의 열 수축률 2~3%와 2~3.5%를 나타내었다. Laponite 첨가 후 막의 기계적 강도가 향상되었으며, 순수 PVdF 막에 비해 약 30%의 모듈러스 증가를 나타내었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.373-373
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• 2009

Relative humidity, membrane conductivity and water activity are critical parameters of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) for high performance and reliability. These parameters are closely related with temperature. Moreover, the ideal values of these parameters are not always identical along the channels. Therefore, the cooling channel design and its operating condition should be well optimized along the all location of the channels. In the present study, we have performed a numerical investigation on the effects of cooling channels on performance of a PEMFC. Three-dimensional Navier-Stokes equations are solved with the energy equation including heat generated by the electrochemical reactions in the fuel cell. The present numerical model includes the gas diffusion layers (GDL) and serpentine channels for both anode and cathode gas flows, as well as cooling channels. To accurately predict the water transport across the membrane, the distribution of water content in the membrane is calculated by solving a nonlinear differential equation with a nonlinear coefficient, i.e., the water diffusivity which is a function of water content as well as temperature. Main emphasis is placed on the heat transfer between the solid bipolar plate and coolant flow. The present results show that local current density is affected by cooling channels due to the change of the oxygen concentration and the membrane conductivity as well as the water content. It is also found that the relative humidity is influenced by the generated water and the gas temperature and thus it affects the distribution of fuel concentration and the conductivity of the membrane, ultimately fuel cell performance. Unit-cell experiments are also carried out to validate the numerical models. The performance curves between the models and experiments show reasonable results.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권2호
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• pp.85-92
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• 2009

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are a promising technology for short-term power generation required in residential and automobile applications. Proper management of water has been found to be essential for improving the performance and durability of PEM fuel cells. This study investigated the liquid water exhaust capabilities of various flow channels having different geometries and surface properties. Three-pass serpentine flow fields were prepared by patterning channels of 1 mm or 2 mm width onto hydrophilic Acrylic plates or hydrophobic Teflon plates, and the behaviors of liquid water in those flow channels were experimentally visualized. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted to quantitatively assess the liquid water exhaust capabilities of flow channels for PEM fuel cells. Numerical results showed that hydrophobic flow channels have better liquid water exhaust capabilities than hydrophilic flow channels. Flow channels with curved corners showed less droplet stagnation than the channels with sharp corners. It was also found that a smaller width is desirable for hydrophobic flow channels while a larger width is desirable for hydrophilic ones. The above results were explained as being due to the different droplet morphologies in hydrophobic and hydrophilic channels.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.291-297
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• 2003

As an alternative bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), TiN-coated 316 stainless was evaluated in terms of electrical contact resistance and water contact angle. Performance and lifetime of the TiN-coated 316 bipolar plates were measured in comparison with those of graphite and bare 316 bipolar plates. At a cell voltage of 0.6 V, current density of the single cells using graphite, AISI 316, and TiN/316 bipolar plates was 996, 796, and $896mA/cm^2$, respectively. By coating 316 stainless steel with TiN layer, performance degradation rate determined to be the voltage degradation rate at a cell voltage of 0.6 V was reduced from 2.3 to 0.43 mV/h.

• 폴리머
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• 제36권2호
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• pp.155-162
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• 2012

전기방사 방법으로 sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) 나노섬유를 제조하고, 압축성형법으로 고분자 전해질막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)용 나노섬유막을 제조하였다. SPEEK의 최대 설폰화율은 95% 이었고 초기 열분해 온도는 약 $280^{\circ}C$로 PEEK 보다 낮았으며 접촉각은 설폰화도가 증가함에 따라 감소하였다. 전기방사 나노섬유의 최적 인가전압, 유속, 방사거리(tip to collector distance, TCD) 및 농도는 각각 22 kV, 0.3 mL/hr, 5 cm, 23 wt% 이었고 평균 섬유직경은 47.6 nm 이었다. 한편, SPEEK 이온교환 나노섬유막의 함수율 및 이온교환용량은 설폰화 시간과 설폰화제 함량이 증가함에 따라 증가하였으며 최적값은 각각 20%, 2.03 meq/g으로 Nafion 117 보다 우수하였다. 막의 전기저항은 설폰화 시간이 증가함에 따라 감소하였고 그 값은 0.58~0.06 ${\Omega}{\cdot}cm^2$로 측정되었다. 또한 막의 수소이온전도도는 설폰화 시간이 증가함에 따라 증가하였으며 최대 0.099 S/cm로 Nafion 117 보다 우수하였다.