• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.26-31
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• 2023

고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 고분자막의 내구성 향상을 위해서 빠른 시간에 내구성을 평가할 수 있는 가속 내구 평가법들이 연구 개발되었다. 그러나 트럭, 버스 등 대형 상용차용 연료전지 수명은 승용차보다 3배 이상 요구되어 화학적 가속 내구 평가(Accelerated stress test, AST) 시간도 길어져서 1,500 시간 이상이 되었다. 그래서 본 연구에서는 단 시간내에 고분자막의 화학적 내구성을 평가하기 위한 방법으로 막 초기 특성으로 내구성을 예측할 수 있을지 검토하였다. 초기 특성으로 수소투과전류밀도(Hydrogen crossover current density, HCCD)와 단락 저항(Short resistance, SR)을 그리고 3시간의 셀 밖 실험으로 가능한 Fenton 실험을 통해 AST 시간을 예측하였다. HCCD와 불소 이온 유출 농도가 증가하면 AST 시간이 선형적으로 짧아지는 경향을 보였으나 편차가 있었다(R² ≒0.65). SR이 감소하면 AST 시간이 선형적으로 증가하는 상관관계를 보였으며 정확도가 높아(R² =0.93) 고분 자막 초기 SR로 AST 시간을 예측할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.281-283
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• 2005

Water management in polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs) is one of the most challenging issues. Freeze start-up in the automotive applications is also important research topic in the PEMFC field. Transportation of proton and separation of reactant gases are main roles of polymer electrolyte membranes. It has been known that water in the membrane conducts as a vehicle for the proton transportation. At sub-zero temperature, the frozen water blocks the access of reactant gases to the active sites of electrode as well as occurs the physical destruction of fuel cell structures. In this study, property changes of electrolyte membranes in the freeze conditions $(at\;-25^{\circ}C)$ were investigated. For the various amount of water contained membranes, the property changes, especially for the proton conductivity, were observed after several times of freeze/thaw$(-25\~80^{\circ}C)$ cycle.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.412-414
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• 2009

In recent times, starting up polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFC) in sub-zero condition is a great challenge of fuel cell electric vehicle(FCEV). The water produced in a cathode during PEMFCs operate. The water changes into the form of solid/ice in sub-zero temperatures and this makes trouble in PEMFC cells. Voltage of PEMFC drops and cold startup is failed. This paper describes an experimental study on the effect of thermal cycle to degradation of MEA in PEMFC.

• 전기화학회지
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• 제23권4호
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• pp.90-96
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• 2020

수소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 Polymer electolyte membrane fuel cells (PEMFCs)는 친환경 미래 운송수단 에너지원의 한 종류이다. PEMFCs의 내부에 산소 환원 반응이 매우 느리고 고가의 백금을 사용하기 때문에 이를 대체하려는 연구가 국내외에서 매우 활발히 연구되고 있다. 하지만 백금이외에 값싼 재료를 이용한 촉매의 경우 여전히 성능이 매우 상이하며 활성 향상에 대한 지표 등이 다양하다. 이에 본 총설은 non-precious metal catalyst (NPMC)의 활성 지표 등을 정리하고 최근 5년간의 자료를 요약하였다. 이를 통해 촉매재료의 선별, 합성시 주안점, 조촉매 등을 설명하며, 촉매 활성에 대한 연구의 필요성을 상기 시킬 수 있다. 이를 통해 귀금속 촉매가 널리 사용되는 분야에 적용할 수 있는 NPMC의 연구 및 개발에 기여할 수 있을 것으로 보인다. 또한 향후 연구개발의 최종적인 목표를 기술한다.

• 공업화학
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• 제29권6호
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• pp.789-798
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• 2018

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 성능을 예측할 수 있는 empirical equation의 역할이 중요하게 대두되고 있다. 본 연구에서는 polarization curve에서 activation loss, ohmic loss, mass transfer loss 영역을 분리하였고, 현재까지 개발된 model 중 Kim의 model과 Hao의 model을 선정하여 각 영역의 fitting을 시행하였다. 온도, 압력, 산소 농도 및 막 두께를 운전변수로 설정하여 조건 변화에 대한 각 loss의 변화를 비교하였다. 기존 model은 전반적으로 좋은 fitting 정확도를 보였지만, 분리된 loss 영역에서는 부정확한 fitting 결과를 보이기도 하였다. 연료전지 성능 예측의 정확도를 개선하기 위하여 converge coefficient를 도입한 새로운 model을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 model을 연료전지 성능 예측에 적용한 경우에 신뢰도 평가에서 개선된 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.83.1-83.1
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• 2010

A Dead-end mode operation is one of the best way to maximize the gas usage rate. But, some components of fuel cell stack like gas diffusion layer(GDL) or membrane can be damaged in dead-end mode operation. In this study, a Large Scale Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) for a dead-end operation has been developed. The stack is composed with 4 cells which has over 400cm2 of active area. Hydrogen is used as a fuel, and oxygen is used as a oxidant. The dead-end operation performance was evaluated by a long-term dead-end mode operation. The fuel cell stack is operated over 1,500 hours in dead-end mode operating fuel cell test station. And the performance change of the fuel cell stack was investigated.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.20-24
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• 2022

고분자전해질연료전지 (PEMFC) 장기사용과정에서스택요소의부식및공급가스의오염에의해막전극합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.228-235
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• 2021

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are currently being used in various transport applications such as drones, unmanned aerial vehicles, and automobiles. The power required is different according to the type of use, purpose, and the conditions adjusted using a cell stack. The fuel cell stack is compressed to reduce the size and prevent fuel leakage. The unit cells that make up the cell stack are subjected to compression by clamping force, which makes geometrical changes in the porous media and it impacts on cell performance. In this study, finite elements method (FEM) and computational fluid dynamics (CFD) analysis for the deformed unit cell considering the effects of clamping force is performed. First, structural analysis using the FEM technique over the deformed gas diffusion layer (GDL) considering compression is carried out, and the resulting porosity changed in the GDL is calculated. The PEMFC model is then verified by a three-dimensional, two-phase fuel cell simulation applying the physical properties and geometry obtained before and after compression. The detailed simulation results showed different concentration distributions of fuel between the original and deformed geometry, resulting in the difference in the distribution of current density is represented at compressed GDL region with low oxygen concentration.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.257-265
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• 2001

Placing a hydrogen conducting, methanol impermeable metallic barrier like palladium (Pd) is a well-known method for preventing methanol crossover through solid polymer electrolyte for direct methanol fuel cells (DMFC). Applying a bias potential between the anode and the barrier can further develop this concept so that the hydrogen transfer rate is enhanced. Since hydrogen diffuses in Pd as atomic form while it moves through nafion electrolyte as ion, it has to be reduced or oxidized whenever it passes the interface formed by Pd and the electrolyte. We performed experiments to measure the hydrogen transport through the Pd membrane placed in Nafion electrolyte of hydrogen/oxygen fuel cell (PEMFC). Applying a bias potential between the hydrogen electrode of the cell and the Pd membrane facilitated the hydrogen passage through the Pd membrane. The results show that the cell current measured with the Pd membrane placed reached almost 40 % the value measured with the cell without Pd membrane. It was found that the current flown through the bias path is only a few percent of the cell current.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1722-1724
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• 2005

The focus of this paper is to develop a mathematical model for investigating the dynamic performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell. The model in this work is based on physical laws having clear significance in replicating the fuel cell system and can easily be used to set up different operational strategies. Simulation results display the transient behavior of the voltage within each single cell, and also within a number of such single cells combined into a fuel cell stack system. A linear as well as a nonlinear analysis of the polymer electrolyte membrane fuel cell system(PEMFC) has been discussed in order to present a complete and comprehensive view of this kind of modeling. Also, a comparison of the two kinds of analysis has been performed. Finally, the various characteristics of the fuel cell system are plotted in order to help us understand its dynamic behavior. Results indicate that there is a considerable amount of error in the modeling process if we use a linear model of the fuel cell. Thus, the nonlinearities present in the fuel cell system should be taken into account in order to obtain a better understanding of the dynamic behavior of the fuel cell system.