• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.111-116
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• 2010

In this study, the structural analysis was performed to optimize the membrane humidifier with hollow fiber membrane for polymer electrolyte membrane fuel cell system. The main design factors were considered by evaluating the humidifying performance according to various structural parameters such as packing density and length. The effects of operation conditions of membrane humidifier were also elucidated experimentally. Results imply that there are optimum points for the packing density and length of humidifier. It was also found that among operation conditions, relative humidity of wet exhaust gas and temperature of dry inlet gas have major effects on the humidifying performance.

• 한국재료학회지
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• 제28권11호
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• pp.646-652
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• 2018

During a long-term operation of polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs), the fuel cell performance may degrade due to severe agglomeration and dissolution of metal nanoparticles in the cathode. To enhance the electrochemical durability of metal catalysts and to prevent the particle agglomeration in PEMFC operation, this paper proposes a hybrid catalyst structure composed of PtCo alloy nanoparticles encapsulated by porous carbon layers. In the hybrid catalyst structure, the dissolution and migration of PtCo nanoparticles can be effectively prevented by protective carbon shells. In addition, $O_2$ can properly penetrate the porous carbon layers and react on the active Pt surface, which ensures high catalytic activity for the oxygen reduction reaction. Although the hybrid catalyst has a much smaller active surface area due to the carbon encapsulation compared to a commercial Pt catalyst without a carbon layer, it has a much higher specific activity and significantly improved durability than the Pt catalyst. Therefore, it is expected that the designed hybrid catalyst concept will provide an interesting strategy for development of high-performance fuel cell catalysts.

• 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.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.468-475
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• 2012

A proper stacking force and assembly are important to the performance of fuel cell. Improper assembly pressure may lead to leakage of fuels and high interfacial contact resistance, excessive assembly pressure may result in damage to the gas diffusion layer and other components. The pressure distribution of gas diffusion layer is important to make interfacial contact resistance less for stack performance. To analyze the influence of design parameter factors for pressure distribution, and to optimize stack design, DOE (Design of Experiment) was used for polymer electrolyte membrane fuel cell stack pressure test. As commonly known, the higher clamping force improves the fuel cell stack performance. However, non-uniformity of stress distribution is also increased. It shows that optimization between clamping force and stress distribution is needed for well designed structure of fuel cell stack. In this study, stack design optimization method is suggested by using FEM (Finite Element Methode) and DOE for light-weighted fuel cell stack.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.531-538
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• 2019

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 성능이 개선됨에 따라 생성물인 물과 열의 발생이 증가하고 이를 처리하기 위한 관리기법이 중요해지고 있다. 본 연구에서는 물 관리 기법으로 수소 재순환을 적용하였고, 수소 재순환 유량(flow rate)과 퍼지 간격(purge interval) 및 지속 시간(duration)이 연료전지의 성능에 미치는 영향에 대한 실험을 수행하였다. Purge 조건의 영향을 해석하기 위하여 수소극의 압력, 연료의 습도, 운전 간의 연료 이용 효율과 물 배출 양을 측정하였다. 수소 재순환 유량이 증가할수록 수소극 출구의 압력 저하로 인하여 스택 성능이 낮아졌다. Purge 조건에 따라서 물을 효과적으로 배출하지 못해 순간적인 전압 강하가 발생하거나 혹은 잦은 purge로 인해 수소극의 습도를 유지하지 못하여 성능이 점차적으로 감소하는 것을 확인하였다. Purge 조건 실험을 통하여 수소극의 습도를 유지하고 응축된 물을 충분히 배출할 수 있는 purge interval과 duration을 선정하였고, 이를 통하여 스택의 성능과 연료 이용 효율을 향상시킬 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제12권1호
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• pp.61-67
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• 2009

Flow-field design has much influence over the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) because it affects the pressure magnitude and distribution of the reactant gases. To obtain the pressure magnitude and distribution of reactant gases in five kinds of flow-field designs, computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed. After the CFD analysis, a single cell test was carried out to obtain the performance values. As expected, the pressure differences due to different flow-field configurations were related to the PEMFC performance because the actual performance results showed the same tendency as the results of the CFD analysis. A large pressure drop resulted in high PEMFC performance. The single serpentine configuration gave the highest performance because of the high pressure difference magnitudes of the inlet/outlet. On the other hand, the parallel flow-field configuration gave the lowest performance because the pressure difference between inlet and outlet was the lowest.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.409-414
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• 2011

건물용 고분자연료전지는 저탄소 녹색산업화에 기여할 수 있는 대표적인 신재생에너지원으로, 정부 주도의 보급사업을 통해 초기 시장창출이 이루어지고 있다. 고분자연료전지 산업화 촉진을 위해서는 분리판을 비롯한 구성 부품의 상용화 기술개발과 저가화가 필수적이다. 탄소복합체 몰딩분리판의 적용은 고분자연료전지 상용화를 앞당기는데 기여할 것이다. 한국타이어에서 개발한 복합체 몰딩분리판은 고분자연료전지 스택 부품으로서의 요구 특성과 성능을 모두 만족시키는 것으로 나타났다. 한국타이어는 분리판 상용화 기술개발과 지속적인 생산능력 확보를 통해 국산 연료전지의 가격 및 성능 경쟁력 향상을 위해 최선의 노력을 다하고 있다.

• 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.

• 공업화학
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• 제28권1호
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• pp.118-124
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• 2017

공랭식 고분자전해질 연료전지는 개방된 cathode구조로 인하여 시스템의 단순화와 부품 수 저감의 장점이 있다. 공랭식 연료전지는 최근에 많이 연구되고 있지만, 성능이 외부 환경에 영향을 받으며, 공기의 상대습도가 낮은 경우 전해질막의 건조로 인한 성능 감소가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 공랭식 연료전지의 성능에 영향을 주는 요인인 cathode 측 공기 유량과 anode 측 purge interval영향에 대해 분석하였으며, 스택을 운전하지 않는 상태로 장기간 보관하는 것이 성능에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행하였다. 연료전지 외부에 설치한 fan의 전압을 조절하면 cathode 측 공기의 공급유량을 변화시킬 수 있고 스택의 온도도 제어할 수 있으므로, fan전압은 공랭식 연료전지의 성능에 영향을 주는 중요한 인자이다. 연료전지 시스템을 단순화하고 수소의 사용률을 높이기 위하여 anode 측은 dead ended anode (DEA) 기법을 사용하였다. 주기적인 purge를 실행하여 생성된 물과 가스를 배출하였으며, purge 주기를 변경하면서 스택의 성능에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행하였다. 스택의 보관기간이 길어질수록 membrane dehydration으로 인해 성능이 감소하는 것을 실험을 통해 파악하였고, 단시간에 성능을 회복할 수 있는 기법을 제시하였다.

• 청정기술
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• 제13권2호
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• pp.99-103
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• 2007

초임계함침법을 이용하여 백금을 나피온 112 막에 함침시켜 자가 가습 막을 제조하였다. 초임계이산화탄소를 용매로 하여 나피온112 막에 $Pt(II)(acac)_2$를 $80^{\circ}C$, 19.8 MPa 조건에서 함침한 후, $NaBH_4$ 용액을 사용하여 $50^{\circ}C$ 에서 2시간 동안의 환원과정을 통하여 Pt 입자로 환원시켜 PEMFC용 백금/나피온 자가-가습 전해질막을 제조하였다. 제조한 백금/나피온 막들을 SEM, EDS, EPMA 등의 분석을 통하여 백금 입자들이 균일하게 분산되어 함침되었음을 확인하였다. 제작한 백금/나피온 막을 무가습 조건에서 구동되는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질로 적용하였을 때 $65^{\circ}C$ 구동온도에서 일반적인 나피온 112를 전해질로 사용한 경우보다 향상된 성능을 보였다.