• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권4호
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• pp.517-522
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• 2023

고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 공기와 수소를 공급하고 개회로전압 (OCV) 상태에서 가습/건조를 반복하는 고분자막의 화학적/기계적 내구성 평가법이 사용되고 있다. 이 프로토콜에서 가습/건조가 반복되면 전압 상승/감소가 반복되어 전극 열화도 발생한다. 막 내구성이 우수한 경우 전압 변화 횟수가 증가해, 전극 열화에 의해 평가가 종료되어 원래 목적인 막 내구성 평가를 할 수 없는 문제가 발생하기도 한다. 본 연구에서는 미국 에너지부 (DOE)와 동일한 프로토콜을 사용하되 cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하고 가습/건조시간과 유량도 증가시켜 막의 화학적/기계적 열화 속도를 증가시켜서 고분자막 내구 평가 시간을 단축시킴으로서 이와 같은 문제를 개선하고자 하였다. Nafion 211 막전극접합체(MEA) 내구성 평가를 공기 대신 산소를 사용해서 가속화도를 2.6배 증가시켜 2,300 사이클만에 평가 종료하였다. 본 프로토콜에 의해 고분자막도 가속 열화되고, 전극 촉매도 가속 열화되어 고분자막과 전극의 내구성을 동시에 평가할 수 있는 이점도 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.77.1-77.1
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• 2010

Durability problems of gas diffusion layer(GDL) is one of the important issues for accomplishing commercialization of proton exchange membrane fuel cell(PEMFC). GDL is strongly related to the performance of PEMFC because one of the main function of GDL is to work as a path of fuel, air and water. When the GDL is degraded, it causes water balance problems such as the flooding phenomenon. Thus, investigating the durability characteristics of the GDL is important and understanding the GDL degradation process is needed. In this study, the GDLs are degraded by carbon corrosion stress method which is the electrochemical degradation mode. To determine the effects of carbon corrosion of the GDL, 1.45 V of potential is imposed for 96 hours. In this manner, in the previous research, the structure between the substrate and the MPL is weaken. Further investigations are needed to clarify this phenomenon. Therefore, in this study, the carbon corrosion stress method is carried out with GDLs which have various MPL penetration levels and the effects of the MPL penetration level on the characteristics change of the GDL are analyzed. The changes in characteristics are measured with various properties of GDL such as weight, thickness and static contact angle. The degraded GDL shows loss of their properties.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.720-726
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• 2014

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 차량은 미래 청정수송기관으로 각광받고 있지만 수소스테이션의 인프라부족으로 현재는 수소를 공급해주는 연료개질기를 함께 장착하여 구동하여야 한다. 탄화수소연료로부터 수소를 생산하는 연료개질기를 대상으로 다양한 연구가 진행되어왔는데 기존연구에서는 열적중립 조건의 ATR(Auto-Thermal Reformer) 반응기에 대해 집중적으로 분석하거나 공정최적화부문에서 최대수소생산을 목표로 주로 열효율을 목적함수로 설정하여 평가해 왔다. 본 연구에서는 100 kW PEMFC용 연료개질기를 대상으로 간단한 소형시스템을 얻기 위해 외부 유틸리티가 필요없는 단열열교환망으로 구성된 조건에서 기존 열효율이 아닌 수소효율을 새로이 정의하여 가솔린, LPG, 디젤 각 연료에 대해 최적운전조건을 도출하였다. 가솔린의 경우 기존 비교문헌보다 9.43% 연료절감효과를 얻음으로써 제안한 목적함수의 타당성을 입증하였고, 추가적으로 수소효율 및 열교환량, 열교환면적에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 마지막으로 제안한 시스템을 한국시장에 적용할 경우 LPG 연료를 사용하는 연료개질기가 가장 경제적임을 알 수 있었다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권spc3호
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• pp.289-294
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• 2012

In recent years, understanding the dynamics of DC distribution system has become critically important due mainly to the increasing needs for the interconnection of DC distributed generators and the (DC-based) electric vehicle (EV) charging systems. In this paper, the characteristics of the DC grid system connected to the compact proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has been studied. In particular, the voltage and current transient phenomena were measured by varying the load of the DC grid system. Also, the voltage and current ripple were measured at the different load conditions. Our experimental results clearly manifested that the study contributes to the establishment of fundamental method to characterize the small DC grid system including distributed generation.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2012년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.414-418
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• 2012

In recent years, understanding the dynamics of DC distribution system has become critically important due mainly to the increasing needs for the interconnection of DC distributed generators and the (DC-based) electric vehicle (EV) charging systems. In this paper, the characteristics of the DC grid system connected to the compact proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has been studied. In particular, the voltage and current transient phenomena were measured by varying the load of the DC grid system. Also, the voltage and current ripple were measured at the different load conditions. Our experimental results clearly manifested that the study contributes to the establishment of fundamental method to characterize the small DC grid system including distributed generation.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제17권2호
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• pp.57-68
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• 2016

In this study, we present the modern hybrid system based power generation for electric vehicle applications. We describe the hybrid structure of modified current source based DC - DC converters used to extract the maximum power from Photovoltaic (PV) and Fuel Cell system. Due to reduced dc-link capacitor requirement and higher reliability, the current source inverters (CSI) better compared to the voltage source based inverter. The novel control strategy includes Distributed Maximum Power Point Tracking (DMPPT) for photovoltaic (PV) and fuel cell power generation system. The proposed DC - DC converters have been analyzed in both buck and boost mode of operation under duty cycle 0.5>d, 0.5<d<1 and 0.5<d for capable electric vehicle applications. The proposed topology benefits include one common DC-AC inverter that interposes the generated power to supply the charge for the sharing of load in a system of hybrid supply with photovoltaic panels and fuel cell PEM. An improved control of Direct Torque and Flux Control (DTFC) based induction motor fed by current source converters for electric vehicle.In order to achieve better performance in terms of speed, power and miles per gallon for the expert, to accepting high regenerative braking current as well as persistent high dynamics driving performance is required. A simulation model for the hybrid power generation system based electric vehicle has been developed by using MATLAB/Simulink. The Direct Torque and Flux Control (DTFC) is planned using Xilinx ISE software tool in addition to a Modelsim 6.3 software tool that is used for simulation purposes. The FPGA based pulse generation is used to control the induction motor for electric vehicle applications. FPGA has been implemented, in order to verify the minimal error between the simulation results of MATLAB/Simulink and experimental results.

• 전기화학회지
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• 제6권3호
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• pp.212-216
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• 2003

고분자전해질형 연료전지에 사용되는 외부 및 내부 가습기를 통과한 반응 기체의 상대습도와 온도를 측정한 자료가 실시간으로 컴퓨터에 입력되어지는 시스템을 자체적으로 구성하였다. 이 시스템을 이용하여 측정한 경우 10-20분이 경과한 후에 습도 값이 안정되었으므로 가습 측정치에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있었으며, 여러 가지 가습의 영향을 해석할 수 있었다. 측정 장비의 이상을 초래할 수 있는 상대 습도가 $100\%$부근의 영역에서 지속적으로 측정을 수행할 경우 센서의 오작동 내지 고장의 원인이 될 수 있었으므로 실험시 주의가 필요하였다. 가습기를 통과한 반응기체는 유량이 증가할수록 가습되는 양은 증가하나, 일정 유량 이상이 되면 그 증가폭이 감소하는 경향을 보였는데 이는 가습기 출 통과하는 기체의 체류 시간 영향에 기인한 것으로 추정되어진다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권8호
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• pp.767-773
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• 2013

본 연구는 높은 압력으로 체결되어 있는 고분자전해질연료전지(PEMFC) 스택의 구성부품중 가장 크게 변형되는 가스확산층(GDL)의 공극률과 기체투과율의 변화를 제시하였다. 압축하중에 따른 체적변화를 실험을 통하여 측정하고 기존에 제시된 관계식을 이용하여 공극률과 기체투과율의 변화을 예측하였다. 또한 물의 배출을 향상시키기 위하여 첨가되는 PTFE 가 압축상태의 GDL 의 공극률과 기체투과율에 미치는 영향을 연구하였다. 물질전달에 직접 영향을 미치는 기체투과율은 PTFE 가 많이 포함된 GDL에서 급격하게 감소하였다. 결과적으로 같은 압축하중으로 체결하는 경우 GDL 의 PTFE 함량에 따라서 공극네트워크를 통한 물질전달은 크게 달라질 수 있다. 본 결과를 이용하면 GDL 에서의 전달현상에 대한 개선된 상관식을 개발할 수 있고 그로 인하여 모델링의 정확성을 향상시킬 수 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.216-223
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• 2009

The relation between temperature and hydrogen desorption on variation in output was investigated for the metal hydride canister. For this study, an AB$_5$ type alloy were chosen as a hydrogen storage material in the metal hydride canister. And application to the single proton exchange membrane fuel cell was evaluated. As the results, the hydrogen desorption was linearly increased as the temperature was risen. In addition, metal hydride canister heating was able to correspond the variation of load as power request in the PEMFC system.

• 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.