Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.89-90
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2006
The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials fur bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity. Flow channels were fabricated by compression molding, and design of experiments (DOE) was applied to the tests to evaluate moldability. Results showed that land width and channel depth were two significant factors for moldability, and channel width had little influence on the moldability.
This paper is aimed at presenting a computational model of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack. The proposed simulation model is simple and at the same time includes all the important characteristics of a fuel cell stack. Close agreement between the simulation, manufacturer and experimental results confirm the validity and usefulness of the proposed FC model. Also, we propose the variable PI control method which has the best of follow efficiency than the PI control method. we confirm a reduced ripple and improved follow efficiencies when the system is applied the DC-DC converter, by simulation using PSIM.
The output power efficiency of the fuel cell system depends on the demanded current, stack temperature, air excess ratio, hydrogen excess ratio and inlet air humidity. Thus, it is necessary to determine the optimal operation condition for maximum power efficiency. In this paper, we developed a dynamic model of fuel cell system which contains mass flow model, diffusivity gas layer model, membrane hydration and electrochemistry model. In order to determine the maximum output power and minimum use of hydrogen in a certain power condition, response surface methodology (RSM) optimization based on the proposed PEMFC stack model is presented. The results provide an effective method to optimize the operation condition under varied situations.
The planar solid oxide fuel cell(SOFC) contains several ceramic materials depending on its structure and has rdfractory metal parts for manifolds, shrouds and current leads. Among ceramic materials for planar SOFC, joining of lanthanum chromite separator and yttria stabilized zirconia(YSZ) electoyte in planar SOFC stack to give strong gas tight seals is necessary for satisfactory operation and high performance. Nevertheless, for planar SOFC/sub s/, how to seal the cell stack and gas manifold remains as one of the unsolved problems. Therefore, in this study. we investigated the joining of sintered lanthanum chromite and YSZ pellets using unsintered lanthanum chromite green films as sealent. Scanning electron microscopy(SEM) and energy dispersive X-ray analysis(EDX) revealed that Ca in the sealing material diffused and dissolved into YSZ and sintered lanthanum chromite, and unsintered lanthanum chromite green films reacted with YSZ to from a new phase at the interface. Also, the densification of unsintered lanthanum chromite green films was inpeded by the Ca migration.
The improvement of cold start capability is one of the most challenging tasks to be solved for commercialization of fuel cell vehicle. In this study, cold start test and ice blocking test(IBT) of fuel cell stack were carried out under various operating conditions. This fuel cell stack can be thawed from -20$^{\circ}$C within 25s and the voltage change was found to be comprised of 4 steps; the first step is the voltage decrease by overpotential, the second step is the voltage increase by the cell temperature increase, the third step is the voltage decrease by ice blocking, and the last step is the voltage increase by thawing. Bootstrap startup was failed after shutdown at temperature under 40$^{\circ}$C because of much condensed water in the fuel cell. Quantitative estimation of cold start capability have been demonstrated by ice blocking test(IBT). In the results, it was found that cold start capability was improved double every 10$^{\circ}$C from 30$^{\circ}$C to 65$^{\circ}$C and enhanced by 30% at the condition of SR 3/4 compared to SR 1.5/2.0 and enhanced by 20% with dry purge condition compared to with RH 50% purge condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.11
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pp.735-742
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2017
In this study, an effective model-based sensor fault detection methodology that can detect and isolate PEM temperature sensors fault is introduced. In fuel cell vehicle operation process, the stack temperature affects durability of a fuel cell. Thus, it is important for fault algorithm to detect the fault signals. The major objective of sensor fault detection is to guarantee the healthy operations of the fuel cell system and to prevent the stack from high temperature and low temperature. For the residual implementation, parity equation based on the state space is used to detect the sensors fault as stack temperature and coolant inlet temperature, and residual is compared with the healthy temperature signals. Then the residuals are evaluated by various fault scenarios that detect the presence of the sensor fault. In the result, the designed in this study fault algorithm can detect the fault signal.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.582-589
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2011
The fuel cell technology has been considered as a technology to reduce greenhouse gases emission from a ship. In this research, internal reforming 500kW solid oxide fuel cell system fueled by methane for a ship were developed. Characteristics of gas temperature, stack power and system efficiency depending on the air flow rate, $CH_4$ flow rate, $H_2O$ flow rate, and system operation pressure are evaluated. As a result, air and $CH_4$ flow rate directly affect the temperature of inlet and outlet gas in the fuel cell stack. When the air and $H_2O$ flow rate increase, the stack power and system efficiency increases. However, the case of $CH_4$ flow rate increase, the efficiency decreases.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.590-599
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2011
The electrification of the waste heat of fuel cell is necessary to enhance the efficiency of fuel cell system. For this purpose, the SOFC/ST(Solid oxide fuel cell/Steam turbine) hybrid system is suitable. The purpose of this work is to predict the performance of methane fueled SOFC/ST hybrid power system and to analyze the influence of operating temperature of stack, current density of stack, combustor outlet gas temperature, and boiler outlet gas temperature. According to the analysis, it is proved that making the best use of the waste heat of stack and minimizing the fuel consumption of combustor are essential for the high-efficiency of SOFC/ST hybrid system.
A 75kW MCFC stack with the reactive area of 9,600cm$^2$ has been operated and validated in Boryeong thermal power plant. The 75kW MCFC stack was installed at the end of November 28, 2008 and started initial operation on December 23, 2008 after pretreated for about 20 days. At initial load operation, the stack showed the Open Circuit Voltage of 137V, which approaches the theoretical value. At the early stage of rated power operation, the stack displayed the voltage of 104V at the current of 754A and reached the maximum generating power of 78.5kW DC. This stack has been operated for 2,890 hours until April, 2009. In addition, the operation time of rated power records 1890 hours. This Operating result is scheduled to be reflected the design of l25kW stack.
Son Yeong Jun;Park Gu Gon;Im Seong Dae;Eom Seok Gi;Yang Tae Hyeon;Yun Yeong Gi;Lee Won Yong;Kim Chang Su
한국전기화학회:학술대회논문집
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2005.07a
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pp.103-110
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2005
Fuel cell systems are consisted of various parts, for example fuel cell stack, fuel supplier, electrical converters, controllers and so on. Each components of system should have appropriate specification for their applications as well as simplicity. Because thermal load can be managed simply by using fans without any water cooling system, the air-cooled PEMFC is widely used in sub kW and around 1kW systems. The performance of an air-cooled system is highly dependent on ambient temperature and humidity. In this paper, the air-cooled PEMFC systems are developed and investigated to study the operating characteristics in the aspect of the thermal and water coupled management by the control of the axial fans and compressors. Various experiments were also conducted to get the cell voltage distribution, the relative humidity of the reactant gas and the thermal management by axial cooling fans, which cannot be observed in single cell experiment. After then, as practical applications, portable fuel cell system and a hybrid electric cart were successfully integrated and operated by using this air-cooled stack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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