• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.507-511
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• 2019

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자막 내구성을 평가하는데 수소투과도가 많이 사용되고 있다. 수소투과도를 쉽게 측정하는 방법으로 선형 주사 전압 측정법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)이 주로 사용된다. 연구자마다 LSV 측정 방법에 차이가 있어 연구 결과를 비교하기가 어려울 때가 많다. 그래서 본 연구에서는 측정하기 어렵지만 정확한 값이라고 할 수 있는 기체 크로마토그래프에 의한 수소투과도와 DOE와 NEDO의 LSV 방법을 비교하여 정확성을 확인하고자 하였다. 온도와 상대습도를 변화시키며 수소투과도를 측정해 비교했을 때, DOE LSV 방법이 GC 방법과 비교해 오차 범위 5%이하의 정확성을 보였다. NEDO LSV 방법은 DOE방법과 같이 0.3V의 전류 값으로 수소투과전류밀도를 결정했을 때 오차는 감소하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.768-773
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• 2019

고분자전해질연료전지(PEMFC)의 고분자막의 전기화학적 내구성을 평가하는 펜톤(Fenton)반응과 개회로전위 유지(OCV Holding)방법에 의한 고분자 막의 열화 결과를 비교하였다. 펜톤 반응은 셀 밖에서 OCV Holding 방법보다 더 짧은 시간에 고분자막의 화학적인 내구를 평가할 수 있는 방법이다. 펜톤 반응은 과산화수소 30%, 철이온 80 ppm, $80^{\circ}C$에서 24시간 실시하였다. OCV Holding은 $90^{\circ}C$, 상대습도 30%, OCV에서 168시간 시간 구동하였다. 펜톤 반응에 의해서는 고분자막의 내부에서 열화가 많이 발생하는 현상을 보였다. 반면에 OCV Holding에서는 표면과 내부 전체적인 열화에 의해 막 두께가 얇아졌다. 펜톤 반응에 의해 불소유출속도는 OCV Holding에 비해 10배 이상 높았다. 수소투과속도는 펜톤 반응 24시간에 약 30% 증가하였다. OCV Holding에서는 24시간에 수소투과도가 감소하였고 이후 증가하는 경향을 보였다. 전체적으로 펜톤 반응과 OCV Holding에 의한 고분자막 열화는 차이가 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.23-31
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• 2004

For the fabrication of high efficient bifunctional electrocatalyst of oxygen electrode for PEM URFC (Polymer Electrolyte Membrane Unitized Regenerative Fuel Cell), which is a promising energy storage and conversion system using hydrogen as the energy medium, several bifunctional electrocatalysts were prepared and tested in a single cell URFC system. The catalysts for oxygen electrode revealed fuel cell performance in the order of Pt black > PtIr > PtRuOx > PtRu ~ PtRuIr > PtIrOx, whereas water electrolysis performance in the order of PtIr ~ PtIrOx > PtRu > PtRuIr > PtRuOx ~ Pt black. Considering both reaction modes PtIr was the most effective elctrocatalyst for oxygen electrode of present PEM URFC system. In addition, the water electrolysis performance was significantly improved when Ir or IrOx was added to Pt black just 1 wt.% without the decrease of fuel cell performance. Based on the catalyst screening and the optimization of catalyst composition and loading, the optimum catalyst electrodes for PEM URFC were $1.0mg/cm^2$ of Pt black as hydrogen electrode and $2.0mg/cm^2$ of PtIr (99:1) as oxygen electrode.

• 전기화학회지
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• 제6권1호
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• pp.48-52
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• 2003

일반적으로 연료전지 제어의 주목표는 연료와 공기의 반응이 원활하게 이루어져 출력을 연속적이고 안정되게 얻어지도록 공정설비를 제어함에 있다 연료전지의 과부하에 따른 성능저하 및 급격한 유량증가에 따른 양극간의 압력차로 인한 전극손상이 발생하지 않도록 하기 위해, 연료전지의 제어조건을 고려한 동적모델링이 필요하다. 전극간 압력차이를 허용범위 이하로 유지하며 급격한 부하요구가 발생하더라도 부하에 적합한 이용율 이상으로 부하가 걸리지 않도록 공기이용률 제어를 이용하였다. 10kW고분자 연료전지(PEMFC)의 전산모사를 통해 모델의 타당성을 검토하였고 제어성능을 수행하여 1초 내의 부하추종성능을 얻을 수 있었으며, 0.01atm내의 양극간 압력차를 유지시킬 수 있었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제31권10호
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• pp.955-965
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• 2014

Transport phenomena of reactant and product are directly linked to intrinsic inhomogeneous random configurations of catalyst layer (CL) that consist of ionomer, carbon-supported catalyst (Pt/C), and pores. Hence, electrochemically active surface area (ECSA) of Pt/C is dominated by geometrical morphology of mass transport path. Undoubtedly these ECSAs are key factor of total fuel cell efficiency. In this study, non-deterministic micro-scale CLs were randomly generated by Monte Carlo method and implemented with the percolation process. To ensure valid inference about Pt/C catalyst utilization, 600 samples were chosen as the number of necessary samples with 95% confidence level. Statistic results of 600 samples generated under particular condition (20vol% Pt/C, 30vol% ionomer, 50vol% pore, and 20nm particle diameter) reveal only 18.2%~81.0% of Pt/C can construct ECSAs with mean value of 53.8%. This study indicates that the catalyst utilization in fuel cell CLs cannot be identical notwithstanding the same design condition.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.488-494
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• 2011

Gasket plays an important role on sealing of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack. Stack requires gaskets in each cell to keep the hydrogen and air/oxygen within their respective regions. The failure of the gasket creates the problems of fuel leakage, mixing, damage on parts and can be a direct reason for the degrading the efficiency of fuel cell. The purpose of this paper researches on how mechanical properties of EPDM gasket in PEMFC are changed after long-term operations. The EPDM (ethylenepropylene-diene monomer) gaskets are obtained from the stack after long-term operations. DMA (dynamic mechanical analysis) is conducted to access the change of mechanical properties of the EPDM gasket. SEM/EDS (scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy) was used to show the surface topography and chemical characterization on the sample surface.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.288-294
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• 2009

Various polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) startup procedures were tested to explore possible techniques for reducing performance decay and improving durability during repeated startup-shutdown cycles. The effects of applying a dummy load, which prevents cell reversal by consuming the air at the cathode, on the degradation of a membrane electrode assembly (MEA) were investigated via single cell experiments. The electrochemical results showed that application of a dummy load during the startup procedure significantly reduced the performance decay, the decrease in the electrochemically active surface area (EAS), and the increase in the charge transfer resistance ($R_{ct}$), which resulted in a dramatic improvement in durability. After 1200 startup-shutdown cycles, post-mortem analyses were carried out to investigate the degradation mechanisms via various physicochemical methods including FESEM, an on-line $CO_2$ analysis, EPMA, XRD, FETEM, SAED, FTIR. After 1200 startup-shutdown cycles, severe Pt particle sintering/agglomeration/dissolution and carbon corrosion were observed at the cathode catalyst layer when starting up a PEMFC without a dummy load, which significantly contributed to a loss of Pt surface area, and thus to cell performance degradation. However, applying a dummy load during the startup procedure remarkably mitigated such severe degradations, and should be used to increase the durability of MEAs in PEMFCs. Our results suggest that starting up PEMFCs while applying a dummy load is an effective method for mitigating performance degradation caused by reverse current under a repetition of unprotected startup cycles.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.487-490
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• 2011

본 논문은 동결과 융해가 고분자 전해질 연료전지 내의 기체확산층에 미치는 영향에 대해 X-선 단층 촬영법을 이용하여 수행한 실험적 연구이다. 고분자 전해질 연료전지는 외부 온도가 0 도 이하가 되면 내부의 물이 동결되며, 외부 온도가 0 도 이상으로 상승하면 다시 녹는 과정을 겪게 된다. 이 과정은 연료전지의 내부 구조에 변형을 야기하고 이로 인해 연료전지의 전력과 수명의 감소를 야기하게 된다. 기체확산층은 연료전지 내부에서 가장 두꺼운 다공성층이며, 이로 인해 가장 많은 변형이 발생된다. 본 연구에서는 포항 방사광 가속기의 X-선 단층 촬영법을 이용하여 물의 동결과 융해 과정이 기체확산층의 내부 구조에 미치는 변화를 관찰하였다. 이 기체확산층의 구조 변화가 고분자 전해질 연료전지의 전력 생산과 수명에 미치는 영향에 관해 논의하였다.

• 열처리공학회지
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• 제27권4호
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• pp.169-174
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• 2014

The effect of varying amounts of graphite and $TiB_2$ on the electrical conductivity of composite bipolar plates was systematically studied. In this study, Titanium diboride ($TiB_2$) which has a high electrical conductivity, was selected as a filler and a additive material instead of conventional graphite. For proper distribution of the filler and matrix materials, ball milling using alumina balls was conducted for 1h, and then the hot press method was applied for the preparation of composite samples. The results showed a rapid increase in the electrical conductivity of composite bipolar plates at the critical filler content. However, $TiB_2$ and graphite composite bipolar plates showed similar increases in the electrical conductivity even though $TiB_2$ has a higher electrical conductivity than graphite. In addition, it was also found that a small addition of $TiB_2$ to graphite filler could be very effective for increasing the electrical conductivity and flexural strength of the composite bipolar plate.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.341-344
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• 2009

In this paper, protective function evaluation was conducted to determine the performance and safety of a power conditioning system(PCS) for 1kW residential fuel cell system. It is essential to have a power quality, grid-connection and safety of PCS. Even though it is under 500ms by KGS-A410 standard, it is shown a rapid response time of 25ms from input under-voltage test. In terms of output over/under-voltage test, it is shown 29.15 and 79.4ms. Especially using anti-islanding test, it is shown all times under 100ms for combination cases of real and reactive power. We confirmed a rapid response characteristics and safety of PCS. The results of this evaluation are being used to develop a new test protocols of PCS.