• 제목/요약/키워드: Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC)

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PEMFC내 가변적인 전극조건에 따른 전기화학적 특성분석 (Electrochemical Characteristic Analysis based on Various Electrode's Condition of a PEMFC)

  • 남윤아;김종훈;최현지;탁용석
    • 전력전자학회:학술대회논문집
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    • 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
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    • pp.461-462
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    • 2017
  • 가장 대표적인 연료전지인 고분자 전해질 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell)은 두 개의 전극으로 이루어지며, 각 전극(electrode)에 공급되는 수소(anode)와 공기(cathode)의 원활한 반응을 위해 촉매(catalyst)로서 백금(Pt)을 사용한다. 이 때, 촉매의 실험 조건에 따라 연료전지 두 전극의 반응이 달라지므로 촉매의 가변성 즉, 가변적인 전극 조건에 따른 전기화학적 특성이 면밀히 분석되어야 한다. 그러므로, 본 논문에서는 촉매의 변화에 기인한 가변적인 전극 특성에 따른 연료전지의 전기화학적 특성 분석을 실시하였다.

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The effects of Nafion$^{(R)}$ ionomer content in dual catalyst layer on the performances of PEMFC MEAs

  • 김근호;전유택
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.95.2-95.2
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    • 2011
  • In order to achieve high performance and low cost for commercial applications, the development of membrane electrode assemblies (MEA), in which the electrochemical reactions actually occur, must be optimized. Expensive platinum is currently used as an electrochemical catalyst due to its high activity. Although various platinum alloys and non-platinum catalysts are under development, their stabilities and catalytic activities, especially in terms of the oxygen reduction (ORR), render them currently unsuitable for practical use. Therefore, it is important to decrease platinum loading by optimizing the catalysts and electrode microstructure. In this study, we prepared several different MEAs (non-uniform Nafion$^{(R)}$ ionomer loading electrode) which have dual catalyst layers to find the optimal Nafion$^{(R)}$ ionomer distribution in the electrodes. We changed Nafion$^{(R)}$ ionomer content in the layers to find the ideal composition of the binder and Pt/C in the electrode. For MEAs with various ionomer contents in the anodes and cathodes, the electrochemical activity (activation overpotential) and the mass transport properties (concentration overpotential) were analyzed and correlated with the single cell performance. The dual catalyst layers MEA showed higher cell performance than uniformly fabricated MEA, especially at the high current density region.

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금속 폼 유로가 고분자전해질 연료전지 성능에 미치는 영향 (Metal Foam Flow Field Effect on PEMFC Performance)

  • 김준섭;김준범
    • 공업화학
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    • 제32권4호
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    • pp.442-448
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    • 2021
  • 고분자전해질 연료전지에서 분리판 유로 형상은 유체 공급과 물 및 열 확산, 접촉 저항 등에 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 25 cm2 단위 전지를 이용하여 공기극에 구리폼을 적용한 분리판을 이용하여 연료전지 성능 평가를 수행하였다. 압력과 상대습도 조건에 대한 영향을 분극 곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 분석하였다. 구리폼의 ohmic 저항이 높아 사형유로형상 보다 연료전지 성능은 낮았지만, 다공성 구조로 인한 균일한 연료 분포로 활성화 손실과 물질전달 손실이 적은 것을 확인하였다. 구리폼의 소수성이 높아 물 배출이 유리한 장점이 있지만, 저가습 조건에서는 사형유로에 비하여 전해질막 수화도가 낮은 것을 확인하였다. 다공성 금속 분리판은 균일한 압력 분포와 효과적인 수분 배출로 연료전지 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단되며, 저항을 최소화할 수 있도록 금속폼의 물성에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.

산소 라디칼에 의한 Nafion 막의 열화 (Degradation of Nafion Membrane by Oxygen Radical)

  • 김태희;이정훈;조규진;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제44권6호
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    • pp.597-601
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    • 2006
  • 고분자 전해질 연료전지에서 산소라디칼(OH, $HO_2$)에 의한 나피온 고분자막의 열화를 연구하였다. 산소라디칼 형성을 위해 과산화수소(10-30%)와 황산암모늄철(1-4ppm)을 이용해 Fenton 용액을 제조하고, $80^{\circ}C$에서 막을 일정 시간 열화 하여 막의 특성 변화를 측정하였다. 열화 후 고분자 막의 C-F, S-O, C-O 결합이 산소 라디칼의 공격으로 끊어짐을 보였다. C-F 결합의 끊어짐으로 인해 막의 기계적 강도가 감소하고 pinhole이 발생했으며 이로 인해 수소가 막을 통과하는 양이 증가하였다. S-O와 C-O결합의 파괴로 전해질 막의 이온교환능력(IEC)이 감소함을 보였다. 30% $H_2O_2$에 4 ppm $Fe^{2+}$이 첨가된 용액에서 48시간 열화시킨 막을 이용해 단위전지 성능을 측정한 결과 정상적인 막 성능의 약 1/2로 감소했다.

고온 고분자 전해질막 연료전지 수소극 전극에서 서로 다른 가스 확산층에 따른 최적 바인더 함량 결정 (Determination of Optimum Binder Content in the Catalyst Layer with Different GDL for Anode of HT-PEMFC)

  • 전현수;김도형;정현승;박찬호
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제33권1호
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    • pp.38-46
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    • 2022
  • Two different gas diffusion layers having noticeable differences in micro-porous layer's (MPL's) crack were studied as a substrate for the gas diffusion electrode (GDE) with different binder/carbon (B/C) ratios in high-temperature polymer electrolyte fuel cell (Ht-PEMFC). As a result, the performance defined as the voltage at 0.2 A/cm2 and maximum power density from the single cells using GDEs from H23 C2 and SGL38 BC with different B/C ratios were compared. GDEs from H23 C2 showed a proportional increase of the voltage with the binder content on the other hand GDEs from SGL38 BC displayed a proportional decline of the voltage to the binder content. It was revealed that MPL crack influences the structure of catalyst layer in GDEs as well as affects the RCathode which is in close connection with the Ht-PEMFC performance.

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).

PEMFC에 사용되는 수소 생산 및 정화 기술 최적화 연구 (A study on the Optimization of Hydrogen Production and Purification System for PEMFC )

  • 고석균;이상용
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제34권1호
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    • pp.1-7
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    • 2023
  • A fuel handling process combined with a pressure swing adsorption system (PSA) was simulated to produce pure hydrogen with a purity greater than 99.97%. The simulation consists of two parts. The fuel processing part consisting of reformer and water-gas shift reaction was simulated with Aspen plus®, and the hydrogen purification part consisting of PSA was simulated with Aspen Adsorption®. In this study, the effect of reformer temperature and pressure on the total hydrogen production yield was investigated. Simulations were performed over a temperature range of 700 to 1,000℃ and a pressure range of 1 to 10 bar. The total hydrogen production yield increased with increasing temperature and decreasing pressure. The maximum hydrogen yield was less than 50% in the simulation and will be lower in the real process.

Effect of FTO coated on stainless steel bipolar plate for PEM fuel cells

  • 박지훈;장원영;변동진;이중기
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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    • pp.55.2-55.2
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    • 2009
  • A polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell has been getting large interest as a typical issue in useful applications. The PEMFC is composed of a membrane, catalyst and the bipolar plate. SnOx:F films on SUS316 stainless steel were prepared as a function of substrate with using electron cyclotron resonance-metal organic chemical vapor deposition (ECR-MOCVD) in order to achieve the corrosion-resistant and low contact resistance bipolar plates for PEM fuel cells. The SnOx:F films coated on SUS316 substrate at surface plasma treatment for excellent stability, before/after heat treatment for good crystalline structure and microwave power for were characterized by X-ray diffraction (XRD), auger electron microscopy (AES) and field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM). The SnOx:F film coated on SUS316 substrate with various process parameters were able to observe optimum interfacial contact resistance (ICR) and corrosion resistance. It can be concluded that fluorine-doping content plays an important function in electrical property and characteristic of corrosion-protective film.

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고분자 전해질막 연료전지(PEMFCs)용 Sulfonated Graphene Oxide (sGO)/Nafion 복합막의 제조 및 특성분석 (Preparation and Characterizations of Sulfonated Graphene Oxide (sGO)/Nafion Composite Membranes for Polymer Electrolyte Fuel Cells)

  • 신문식;강문성;박진수
    • 멤브레인
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    • 제27권1호
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    • pp.53-59
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    • 2017
  • 본 연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질막의 성능향상을 위하여 sulfonated graphene oxide(sGO)와 Nafion을 이용하여 복합막을 개발하였다. sGO/Nafion 복합막 안의 sGO의 균일한 분산을 위해 각기 다른 용매를 사용한 sGO 분산액과 Nafion 현탁액을 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가하기 위해 SEM, FT-IR, 이온 전도도, 이온 교환 용량, 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 연구 결과 ODB와 DMAc 혼합 용매로 sGO를 분산하여 고분자 용액 내에서의 분산도를 향상시켰으며, 이 결과 11 wt%의 낮은 함수율에도 불구하고, $0.06Scm^{-1}$의 기존 연구와 유사한 이온 전도도를 나타내었다.

공급유량 및 스택온도의 변이에 따른 200W급 PEM형 연료전지의 전기적 성능특성 (Electrical Performance Characteristics of 200W PEM-Type Fuel Cells with Variations on Mass Flow Rate and Stack Temperature)

  • 홍경진;박세준;최용성;이경섭
    • 전기학회논문지P
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    • 제58권4호
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    • pp.563-567
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    • 2009
  • The polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) with the advantages of low-operating temperature, high current density, low cost and volume, fast start-up ability, and suitability for discontinuous operation becomes the most reasonable and attractive power system for transportation vehicle and micro-grid power plant in a household. 200W PEM-type FCs system was integrated by this study, then the electrical characteristics and diagnosis of the fuel cell were analyzed with variations on mass flow rate and stack temperature. The ranges of the variations are 1~8L/min on $H_2$ volume and $20{\sim}70^{\circ}C$ on stack temperature.