• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.660-669
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• 2016

A fluorinated-sulfonated, hydrophobic-hydrophilic copolymer was planed subsequently synthesized using typical nucleophilic substitution polycondensation reaction. A novel AB and ABA (or BAB) block copolymers were synthesized using sBCPSBP (sulfonated 4,4'-bis[4-chlorophenyl)sulfonyl]-1,1'-biphenyl), DHN (1,5-dihydroxynaphthalene), DFBP (decafluorobiphenyl) and HFIP (4,4'-hexafluoroisopropylidenediphenol). All block copolymers were easily cast and made into clear films. The structure and synthesized copolymers and corresponding membranes were analyzed using GPC (gel permeation chromatography), $^1H$-NMR ($^1H$ nuclear magnetic resonance) and FT-IR (Fourier transform infrared). TGA (Thermogravimetric analysis) and DSC (differential scanning calorimetry) analysis showed that the prepared membranes were thermally stable, so that elevated temperature fuel cell operation would be possible. Hydrophobic/hydrophilic phase separation and clear ionic aggregate block morpology was confirmed in both triblock and diblock copolymer in AFM (atomic force microscopy), which may be highly related to their proton transport ability. A sulfonated BAB triblock copolymer membrane with an ion-exchange capacity (IEC) of 0.6 meq/g has a maximum ion conductivity of 40.3 mS/cm at $90^{\circ}C$ and 100% relative humidity.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.279-282
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• 2007

개질기에서 생산된 수소를 연료전지용 연료로 사용할 때에는 개질수소가 포함하고 있는 일산화탄소가 막-전극접합체의 촉매를 피독시켜서 연료전지 성능이 크게 감소된다. 본 논문에서는 개질수소에 포함된 일산화탄소가 스퍼터링 공정으로 제조된 박막층에 의하여 개선된 막-전극접합체의 성능에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 실험결과 Pt와 Ru박막은 MEA의 단위전지 성능을 개선하였으며, 금속박막은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 산화전극으로의 공기주입 운전기법은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 게다가 Pt, Ru그리고 PtRu박막은 공기주입 운전에 영향을 주는 것으로 확인되었다.

• 전력전자학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.553-561
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• 2012

Existing energy sources convert chemical energy into mechanical energy, while fuel cell directly generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, it has a lot of strong points such as high efficiency, zero emission, and etc. In addition, with the development of hydrogen preservation technique, some companies have been researching and releasing portable fuel cell power packs for specific applications like military equipment, automobile, and so on. However, there are some drawbacks to the fuel cell, high cost and slow dynamic response. In order to compensate these weak points, auxiliary energy storages could be applied to the fuel cell system. In this paper, the optimum structure for a 150W portable fuel cell power pack with a battery pack is selected considering the specification of the system, and the design process of main parts is described in detail. Here, main objectives are compact size, simple control, high efficiency, and low cost. Then, an automatic mode change algorithm, which converts the operating mode depending on the states of fuel cell stack, battery pack, and load, is introduced. Finally, performance of the designed prototype using the automatic mode change control is verified through experiments.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.283-291
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• 2011

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) use the bipolar plate of various materials between electrolyte and contact electrode for the stable hydrogen ion exchange activation. The bipolar plate of various materials has representatively graphite and stainless steel. Specially, stainless steels have advantage for low cost and high product rate. In this study, SUS 316 was effectively coated with 600 nm thick F-doped tin oxide (SnOx:F) by electron cyclotron resonance-metal organic chemical vapor deposition and investigated in simulated fuel cell bipolar plates. The results showed that an F-doped tin oxide (SnOx:F) coating enhanced the corrosion resistance of the alloys in fuel cell bipolar plates, though the substrate steel has a significant influence on the behavior of the coating. Coating SUS 316 for fuel cell bipolar plates steel further improved the already excellent corrosion resistance of this material. After coating, the increased ICR values of the coated steels compared to those of the fresh steels. The SnOx:F coating seems to add an additional resistance to the native air-formed film on these stainless steels.

• 공업화학
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• 제32권6호
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• pp.664-670
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• 2021

스테인리스강은 기계적 강도와 전기 전도성이 우수하고 가공이 용이하여 고분자전해질 연료전지의 분리판으로 적용되고 있다. 하지만 스테인리스강의 부식으로 인하여 접촉 저항이 증가하여 연료전지 성능이 저하하는 문제점이 있고, 귀금속 재료를 코팅하여 내식성을 높일 수 있으나 비용이 증가하는 단점이 있다. 금속 분리판의 내구성 확보와 경제성 개선을 위하여 고분자전해질 연료전지에서 스테인리스 강 분리판의 부식 거동과 부동태막에 의한 영향을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 반응 면적이 25 cm²인 SUS316L 분리판을 제작하였고, 수소극과 공기극에 대한 SUS316L 분리판의 부식 거동을 분석하였다. SUS316L 분리판 부식이 연료전지 성능에 미치는 영향을 분극 곡선과 임피던스, 접촉저항을 측정하여 평가하였다. 연료전지 구동 간에 배출 수를 포집하여 SUS316L 분리판에서 용출된 금속 이온의 농도를 분석하였다. SUS316L 분리판에 대하여 공기극에서보다 수소극에서 부식이 활발하게 발생하는 것을 확인하였다. 연료전지 반응에 따라 부동태막이 형성되어 접촉 저항이 증가하였고, 부동태막이 형성된 이후에도 지속적으로 금속 이온이 용출되었다.

• 설비공학논문집
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• 제20권8호
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• pp.541-546
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• 2008

A coolant operating condition in al fuel cell stack was an important factor to determine the temperature distribution which affected the fuel cell performance and relative humidity. In this study, the fuel cell performance was evaluated as a function of the coolant flow rate with the range of $0.1{\sim}0.8$ liter/min cell and the coolant inlet temperature of $20{\sim}82^{\circ}C$. The cell temperature increased with increasing the coolant inlet temperature and with decreasing the coolant flow rate. The coolant inlet temperature and flow rate to maintain the better performance of the fuel cell were in the range of $45{\sim}60^{\circ}C$ and $0.2{\sim}0.4$ liter/min cell, respectively. The experimental results showed that the optimal heat removal rate from the stack by coolant was $0.4{\sim}0.6W/cm^2$ cell.

• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.14-27
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• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제30권1호
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• pp.146-151
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• 2013

본 연구에서는 연료극 또는 공기극에 함유된 불순물인 황화합물의 도입을 차단할 수 있는 GDL을 제조하여, 이를 평가용 단위전지에 체결하여 $H_2S$와 $SO_2$를 연료극과 공기극에 각각 동시에 공급하여 PEMFC의 성능 저하 및 회복에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과 $H_2S$와 $SO_2$의 농도가 증가함에 따라 전지의 성능이 감소하며 특히 10 ppm 이상의 농도에서는 10분 이내에 약 10-15% 정도 성능이 감소하였다. 특히 GDL 표면의 기공이 없는 CN-2 GDL을 체결한 단위전지의 경우 피독에 의한 성능 감소 속도가 더 빠른 것을 확인하였다. 그리고 단위전지 피독 후 황화합물이 혼합되지 않은 순수 가스를 1시간 이상 공급하였을 때 전지의 성능이 GDL의 종류에 따라 90%에서 95% 이상 회복되며 CN-1 GDL의 경우가 가장 회복이 우수하였다.

• 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.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.640-646
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• 2012

The effect of Ce promotion over 1wt% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ catalysts on the CO conversion and $CO_2$ selectivity was investigated in preferential CO oxidation (PrOx) to reduce the CO concentration less than 10 ppm in excess $H_2$ stream for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). Ce-promoted 1wt% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ catalysts were prepared by incipient wetness impregnation method and the loading amount of Pt was fixed at 1wt%. The content of Ce promoter which has excellent oxygen storage and transfer capability due to the redox property was adjusted from 0 to 1.5wt%. Ce-promoted 1wt% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ catalysts exhibit high CO conversion and $CO_2$ selectivity at low temperatures below $150^{\circ}C$ due to the improvement of reducibility of surface PtOx species compared with the 1wt% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst without Ce addition. When Ce content was more than 1wt%, the catalytic activity was decreased at over $160^{\circ}C$ in PrOx because of competitive $H_2$ oxidation. As a result, 0.5wt% Ce is optimal content not only to achieve high catalytic activity and good stability at low temperatures below $150^{\circ}C$ in the presence of $CO_2$ and $H_2O$ but also to minimize the $H_2$ oxidation at high temperatures.