• 제목/요약/키워드: Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)

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연료전지 분리판의 형상설계를 위한 유동해석 (Flow-Field Analysis for Designing Bipolar Plate Patterns in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell)

  • 박정선;정혜미
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제26권9호
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    • pp.1201-1208
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    • 2002
  • A numerical flow-field analysis is performed to investigate flow configurations in the anode, cathode and cooling channels on the bipolar plates of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Continuous open-faced flow channels are formed on the bipolar plate surface to supply hydrogen, air and water. In this analysis, two types of channel pattern are considered: serpentine and spiral. The averaged pressure distribution and velocity profiles of the hydrogen, air and water channels are calculated by two-dimensional flow-field analysis. The equations for the conservation of mass and momentum in the two-dimensional fluid flow analysis are slightly modified to include the characteristics of the PEMFC. The analysis results indicate that the serpentine flow-fields are locally unstable (because two channels are cross at right angles). The spiral flow-fields has more stable than the serpentine, due to rotational fluid-flow inertia forces. From this study, the spiral channel pattern is suggested for a channel pattern of the bipolar plate of the PEMFC to obtain better performance.

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)용 바이폴라 플레이트 표면개질 (Surface treatment of bipolar plates for PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) application)

  • 전광연;윤영훈;차인수
    • 전력전자학회:학술대회논문집
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    • 전력전자학회 2008년도 하계학술대회 논문집
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    • pp.643-645
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    • 2008
  • Stainless steel 304 and 316 plates were deposited with the multi-layered coatings of titanium film (0.1um) and gold film (1-2um) by an electron beam evaporation method. The XRD patterns of the stainless steel plates modified with the multi-layered coatings showed the crystalline phases of the external gold film and the stainless steel substrate. Surface microstructural morphologies of the stainless steel bipolar plates modified with multi-layered coatings were observed by AFM and FE-SEM images. The external gold films formed on the stainless steel plates showed microstructure of grains of about 100nm diameter. The grain size of the external surface of the stainless steel plates increased with the gold film thickness. The electrical resistance and water contact angle of the stainless steel bipolar plates covered with multi-layered coatings were examined with the thickness of the external gold film.

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이온교환막 연료전지용 막 가습기의 운전 조건에 따른 성능 실험 (Performance Test of Proton Exchange Membrane Fuel Cell with the Variation of Operation Condition)

  • 배호준;김용모;이영덕;유상석
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.6-9
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    • 2008
  • The efficiency and life time of the proton exchange membrane (PEM) fuel cell system is critically changed with its humidity which should be maintained properly during dynamic operation. Membrane humidifier is required to regulate proper humidity level for the design point of the PEMFC system. In this study, we presented the performance of the cylindrical membrane humidifier which is operated as water-to-gas. Dry air pressure, liquid water flow temperature, and air flow rate were chosen as the operating parameters. Humidity level is expressed with dew point.

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고분자 전해질 연료전지의 전해질 막 두께가 내구성과 성능에 미치는 영향 (The Effect of Membrane Thickness on Durability and Performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cell)

  • 황병찬;이혜리;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제55권4호
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    • pp.473-477
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    • 2017
  • 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자 막은 PEMFC 성능과 내구성에 많은 영향을 준다. 본 연구에서는 고분자막의 두께가 성능과 내구성에 미치는 영향을 파악하기 위해 두께가 다른 Nafion 막의 수소투과도, 불소 유출 속도(FER), 수명, 성능을 측정했다. 막 두께에 따른 수소투과도, 수소투과도와 FER과의 관계, FER과 수명과의 관계로부터 막 두께와 수명의 관계를 얻었다. 막이 두꺼워지면 수소투과도와 FER이 작아지면서 수명이 증가하였다. 반면에 막이 두꺼워지면 막 저항이 증가하면서 성능은 감소하였다. 성능과 내구성을 동시에 만족시키는 막 두께 범위는 $25{\sim}28{\mu}m$였다.

sPEEK 막으로 제조한 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 막전극합체(MEA)의 특성 (Characteristics of Proton Exchange Membrane Fuel Cells(PEMFC) Membrane and Electrode Assembly(MEA) Using Sulfonated Poly(ether ether ketone) Membrane)

  • 이혜리;이세훈;황병찬;나일채;이정훈;오성준;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제54권2호
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    • pp.181-186
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    • 2016
  • 최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly(ether ether ketone)(sPEEK)막의 특성을 술폰화도, 상대습도, 단위 전지 온도에 따라 PEMFC 운전 조건에서 비교하였다. I-V 분극곡선, 수소투과도, 전기화학적 표면적, 막 저항 및 부하 전달 저항 등을 측정 분석했다. 술폰화도와 온도, 상대습도가 높을수록 성능이 높았으며, 특히 낮은 슬폰화도와 낮은 상대습도에서 이온 전도도 감소 때문에 성능이 큰 폭으로 감소함을 확인하였다.

A Feasibility Design of PEMFC Parallel Operation for a Fuel Cell Generation System

  • Kang, Hyun-Soo;Choe, Gyu-Yeong;Lee, Byoung-Kuk;Hur, Jin
    • Journal of Electrical Engineering and Technology
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    • 제3권3호
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    • pp.408-421
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    • 2008
  • In this paper, the parallel operation for a FC generation system is introduced and designed in order to increase the capacity for the distributed generation of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system. The equipment is the type that is used by parallel operated PEMFC generation systems which have two PEMFC systems, two dc/dc boost converters with shared dc link, and a grid-connected dc/ac inverter for embedded generation. The system requirement for the purpose of parallel operated generation using PEMFC system is also described. Aspects related to the mechanical (MBOP) and electrical (EBOP) component, size, and system complexity of the distributed generation system, it is explained in order to design an optimal distributed generation system using PEMFC. The optimal controller design for the parallel operation of the converter is suggested and informative simulations and experimental results are provided.

Thermal and Flow Analysis in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell

  • Jung, Hye-Mi;Koo, Ja-Ye
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제17권9호
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    • pp.1358-1370
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    • 2003
  • The effects of anode, cathode, and cooling channels for a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) on flow fields have been investigated numerically. Continuous open-faced fluid flow channels formed in the surface of the bipolar plates traverse the central area of the plate surface in a plurality of passes such as a serpentine manner. The pressure distributions and velocity profiles of the hydrogen, air and water channels on bipolar plates of the PEMFC are analyzed using a two-dimensional simulation. The conservation equations of mass, momentum, and energy in the three-dimensional flow solver are modified to include electro-chemical characteristics of the fuel cell. In our three-dimensional numerical simulations, the operation of electro-chemical in Membrane Electrolyte Assembly (MEA) is assumed to be steady-state, involving multi-species. Supplied gases are consumed by chemical reaction. The distributions of oxygen and hydrogen concentration with constant humidity are calculated. The concentration of hydrogen is the highest at the center region of the active area, while the concentration of oxygen is the highest at the inlet region. The flow and thermal profiles are evaluated to determine the flow patterns of gas supplied and cooling plates for an optimal fuel cell stack design.

오프그리드용 풍력-연료전지 하이브리드 시스템 개발 (Development of WT-FC Hybrid System for Off-Grid)

  • 최종필;박내춘;김상훈;김병희;남윤수;유능수
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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    • pp.383-386
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    • 2007
  • This paper describes the design and integration of the wind- fuel cell hybrid system. The hybrid system components included a wind turbine, an electrolyzer (for generation of H2), a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), storage system and BOP (Balance of Plant) system. The energy input is entirely provided by a wind turbine. A DC-DC converter controls the power input to the electrolyzer, which produces hydrogen and oxygen form water. The hydrogen used the fuel for the PEMFC. The hydrogen is compressed and stored in high pressure tank by hydrogen gas booster system.

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고체고분자전해질형 연료전지의 유로형상에 따른 성능의 비교 (The Comparison of Proton Exchange Membrane Fuel Cell According to Flow Field Design)

  • 이건주
    • 디지털융복합연구
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    • 제19권5호
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    • pp.279-284
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    • 2021
  • 본 연구에서는 3차원 전산유체역학 (3-D computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 고체고분자전해질형연료전지 (proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)의 기체유로에 대한 성능에 관한 전산모사를 실시하였다. 또한 이 전산모사를 통하여 유체의 농도와 압력분포, 그리고 전류밀도의 분포 등 각종 분포에 관하여 연구를 진행하였다. 본 논문에서는 단일유로와 5개의 유로를 비교분석 하였다. 그 결과 5개의 유로가 단일유로에 비하여 각종 분포들이 균일하였고, 성능 또한 월등하였다. 특히 단일유로에서는 물질전달에의한 성능저하 영역에서 매우 낮은 성능을 확인할 수 있었고 반면 5개의 유로에서는 이 부분을 극복하여 보다 높은 성능을 확인할 수 있었다.

채널 내장형 습도 센서를 이용한 고분자 전해질 연료전지의 습도분포 측정 (Measurement of Humidity Distribution in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Using Channel Embedded Humidity Sensors)

  • 이용택;양경열
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제39권5호
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    • pp.397-403
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    • 2015
  • 본 연구는 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC)의 성능에 매우 중요한 영향을 미치는 물의 분포를 실험적으로 측정하였다. 내부에서 일어나는 활발한 화학반응과 물질전달 특성 때문에 PEMFC 내부에서 수분의 분포가 불균일하며 그 분포를 실험적으로 측정하기가 용이하지 않아 그 동안 간접적인 측정이 많이 이루어졌다. 본 연구에서는 초소형 온습도 센서를 연료전지의 채널에 직접 삽입하고 채널을 따라 흐르는 반응가스의 습도를 측정하였다. 수소극과 공기극 중 한곳만 가습하며, 가습하지 않은 곳에서 습도를 측정하여 멤브레인을 통한 물의 이동을 연구하였다. 가습기의 온도가 증가할수록 양극의 물농도 구배가 커져서 확산이 증가하나 높은 전류밀도에서는 전기삼투항력의 영향이 더욱 커졌다.