• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제54권1호
• /
• pp.6-10
• /
• 2016

최근까지 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 열화연구는 대부분 단위전지에서 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC의 구동과 열화는 PEMFC 스택에서 이루어진다. 그래서 본 연구에서는 스택에서 열화가속 시험을 진행하여 단위전지의 결과와 비교하였다. 여러 종류의 열화 가속 시험 중에서 전기화학적 열화와 기계적 열화를 반복해 고분자전해질 막을 열화시키는 방법을 사용했다. 312시간 동안 전해질막을 열화시킨 후 0.6V에서 전류밀도는 스택과 단위전지에서 각각 28.4%, 27.8% 감소했다. 수소 투과 전류밀도는 스택은 16.8% 단위전지는 15.2% 증가했다. 스택과 단위전지에서의 열화 가속 시험 결과가 비슷해 단위전지의 가속 시험 방법을 스택에 적용해도 됨을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제27권2호
• /
• pp.144-154
• /
• 2016

HT-PEMFC (high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell) using PA (phosphoric acid) doped PBI (polybenzimidazole) membrane has been researched for extending the lifetime. However, the existing work on durability of HT-PEMFC focuses on identifying degradation causes of lab scale. The short life time of HT-PEMFC is still the problem for its commercialization. In this paper, an operating method to maximize life time of 5kW HT-PEMFC stack are proposed. The proposed method includes major steps such as minimization of OCV (Open Circuit Voltage) exposure, control of the proper stack temperature, and N2 purging for the stack. This long life operating method was based on the fragmentary results of degradation from previous research works. Experimentally, the 5 kW homemade HT-PEMFC stack was operated for a long time based on the proposed method and the stack successfully can operate within the desired degradation rate for the target life time.

• 전기학회논문지P
• /
• 제59권3호
• /
• pp.317-324
• /
• 2010

It was used as measuring system to diagnose insulating condition, by which was kept a insulating resistance of inner stack and at the same time was cooled electrochemical heat of reaction of FCEV(fuel cell electric vehicle) stack that used a compressed hydrogen gas reacting with oxygen in accordance with variation on thermal degradation of nonconductive heat transfer fluid. Consequently it was developed a cylindrical multi-terminal capacitive-conductive sensor that could be attached to the internal surface of cooling system pipe to evaluate capacitance and conductivity of heat transfer fluid.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제49권6호
• /
• pp.775-780
• /
• 2011

50 $cm^2$의 활성면적을 가진 셀을 이용하여 5-셀 DMFC 스택을 제작하고 4 A의 부하로 4,000 시간 운전한 후 성능감소 및 성능 감소 원인을 분석하였다. 4,000 시간 운전 후 10 A에서 스택의 전력 밀도가 28.7% 감소하였으며 다섯개의 셀 중 두 개는 거의 성능저하가 일어나지 않았고 두 개는 약 40%의 성능 저하, 한 개는 약 60%의 성능 저하를 보였으며 각 셀별 성능저하의 정도의 차이는 스택 내에서의 위치와 상관관계가 없었다. 스택 내의 다섯 셀 중 가장 성능감소가 심하였던 셀의 경우 연료극 촉매층의 Pt 입자 크기가 증가하였으며 연료가 들어가는 쪽의 Pt 입자의 크기 증가가 더 심하였다. 그러나 4,000 시간 장기운전 후 공기극 촉매층에서는 Pt 입자 크기의 변화는 거의 없었다. 스택 내의 모든 셀에서 4,000 시간 운전 후 연료극 촉매에서 공기극 촉매로의 루테늄의 크로스오버가 SEM-EDX로 관찰되었으며 특히 성능감소가 심하였던 셀의 경우 공기극 촉매층에서 Ru/Pt의 비율이 가장 컸다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제51권4호
• /
• pp.289-294
• /
• 2014

The stability of a solid oxide fuel cell (SOFC) stack is strongly dependent on the magnitude and profile of the internal chemical potential of the solid electrolyte. If the internal partial pressure is too high, the electrolyte can be delaminated from the electrodes. The formation of high internal pressure is attributed to a negative cell voltage, and this phenomenon can occur in a bad cell (with higher resistance) in a stack. This fact implies that the internal chemical potential plays an important role in determining the lifetime of a stack. In the present work, we fabricate planar type anode-supported cells ($25cm^2$) with a bi-layer electrolyte (with locally increased electronic conduction at the anode side) to prevent high internal pressure, and we test the fabricated cells under a negative voltage condition. The results indicate that the addition of electronic conduction in the electrolyte can effectively depress internal pressure and improve the cell stability.

• 멤브레인
• /
• 제33권3호
• /
• pp.127-136
• /
• 2023

본 연구에서는 실리카 복합막 기반 고분자 전해질막을 5단 연료전지 스택에 적용하여 성능 평가를 수행하였다. 이를 통하여, 개별 구성 요소의 성능도 중요하지만, 전체적인 관점에서 공급되는 연료의 유량이 스택 성능에 중요한 역할을 하며, 특히 수소의 유량에 크게 의존한다는 사실이 확인하였다. 산소의 유량을 증가시켜도 성능의 변화는 미미한 반면, 수소의 유량을 증가시키면 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 수소의 유량 증가는 수소와 산소 유량 비율의 불균형을 초래하여 장기적으로는 스택 성능과 내구성을 저하시키는 문제가 관찰되었다. 이러한 현상을 스택 구성 요소 및 개별 단위 셀에서도 관찰할 수 있었으며, 따라서 스택 운전 시 각 구성 요소의 성능을 최적화하는 것 외에도 균일한 유량 제어를 위해 유로 설계 및 운전 조건을 최적화하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 실리카 복합막은 최대 출력 기준 25 W 이상의 성능을 나타내어 실제 연료전지 시스템에 적용하기에 충분한 성능을 갖춘 것으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제32권5호
• /
• pp.315-323
• /
• 2021

The air-cooled proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) stacks, which is widely used in small-sized PEMFC, have a problem in that durability is weaker than that of the water-cooled type. Because the cathode is open to the atmosphere and the structural problem of the air-cooled stack, which is difficult to maintain airtightness, is highly likely to form a hydrogen/air boundary during start-up/shut-down (SU/SD). Through the accelerated durability evaluation of the 20 W air-cooled PEMFC stack, the purpose of this study was to find out the cause of the degradation of the stack and to contribute to the improvement of the durability of the air-cooled PEMFC stack. In this study, it was possible to evaluate durability in a relatively short time by reducing 20-30% of initial performance by repeating SU/SD 1,000 to 1,200 times on an air-cooled PEMFC stack. After disassembling the stack, each cell was divided into two and the performance analysis showed that the electrode degradation was more severe in the anode outlet membrane electrode assembly (MEA), which facilitates air inflow as a whole, than in the inlet MEA. It was shown that the cathode Pt was dissolved/precipitated to deteriorate the polymer ionomer inside the membrane.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제60권1호
• /
• pp.12-19
• /
• 2022

소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제13권1호
• /
• pp.674-690
• /
• 2021

This study proposes a hybrid marine power system combining dual-fuel generators, a fuel cell, and Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB). Rigorous verification and validation of the dynamic modelling and integration of the system are conducted. A case study for the application of the hybrid propulsion system to a passenger ship is conducted to examine its time-variant behaviour. A comprehensive model of the reversible and irreversible capacity degradation of the VRFB stack unit is proposed and validated. The capacity retention of the VRFB stack is simulated by being integrated within the hybrid propulsion system. Reversible degradation of the VRFB stack is precisely predicted and rehabilitated based on the predefined operational schedule, while the irreversible portion is retained until the affected components are replaced. Consequently, the advantages of the VRFB system as an on-board ESS are demonstrated through the application of a hybrid propulsion system for liner shipping with fixed routes.

• 국제초고층학회논문집
• /
• 제1권2호
• /
• pp.99-105
• /
• 2012

The higher the building height and the larger the temperature difference between the outdoor and indoor space, the more remarkable is the draft driven by the stack effect in high-rise buildings. Moreover, the stack effect can bring about the deterioration of habitability and the degradation of the performance of the indoor control system in high-rise buildings. In this study, as a measure to attenuate the stack effect, the E/V shaft cooling method was proposed and its performance was compared with the conventional stack effect control method for strengthening the air-tightness of the building using a numerical simulation method. The total decreasing ratios on the stack effect in a building were compared, and the probabilities of the secondary problems were analyzed. The results show that the E/V shaft cooling is very effective to decrease the stack effect in a high-rise building in terms of the reduction performance and application. Moreover, this method does not cause secondary problems, such as stack pressure transition to other walls, unlike the conventional stack effect mitigation method.