• 전기화학회지
• /
• 제10권4호
• /
• pp.301-305
• /
• 2007

연료전지 운전 중에 스택(stack) 분리판 접착부위나 다른 경로로 부동액이 누설될 경우에는 화학적 반응에 영향을 주어 성능의 저하가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 부동액이 누설되었을 경우의 성능 거동을 관찰하는 실험을 수행하였다. $400mA/cm^2$ 전류밀도 조건에서 마이크로 펌프를 이용하여 부동액을 주입하였으며 상대습도 100%/100%와 수소와 공기의 양론비는 1.5/2.0으로 고정하여 실험을 수행하였다. 3 cell stack을 이용하여 부동액을 주입한 후 정전류 회복 실험을 수행한 결과 cathode측에 부동액을 주입하였을 경우에는 성능이 회복되었고 anode측에 부동액을 주입하였을 경우에는 성능이 회복되기 어려운 것으로 나타났다. Anode측이 회복되지 못하는 이유로는 ethylene glycol의 산화반응에서 발생하는 불순물에 의한 피독 현상과 GDL과 3상 계면에 ethylene glycol이 물리적으로 흡착하였을 경우 반응에 필요한 연료 공급의 방해로 인한 성능 저하를 예상할 수 있다. 성능 저하에 영향을 주는 두 가지 변수를 확인하는 실험을 수행하였다. 회복 실험은 anode측에 water pump를 이용하여 질소 기체와 물을 동시에 공급하는 방법으로 실험을 수행하였고, 1시간 간격으로 성능 회복 유무를 확인하였다. 성능 평가는 polarization curve, cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS)를 사용하였으며, 정량분석은 gas chromatography를 이용하여 분석하였다. 부동액 주입 후 성능은 크게 저하되었고 정전류 회복 실험에서도 성능 회복은 미미하게 나타났다. 이 후 물 주입회복 실험을 수행하였고 회복 실험을 수행한 2시간 이후에는 93% 이상의 회복을 관찰할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제36권6호
• /
• pp.625-632
• /
• 2012

본 논문은 고분자 전해질 연료전지 공기극 유로 내부에서 당량비에 따라 발생하는 플러딩 현상을 가시화를 통해 확인하고, 전류 변화에 따른 물의 운송 특성에 관한 연구를 수행하였다. 공기극 당량비는 1.5, 2.0, 연료극 당량비는 1.5로 고정하여 실험을 수행하였다. 연료전지 공기측 당량비 2.0로 공급하였을 때 1.5와 비교하여 짧은 시간에 물이 생성되기 시작하였으며, 플러딩 영역이 빠르게 생성되는 결과가 나타났다. 또한, 공기극 당량비 1.5로 유지하는 경우 플러딩 영역 이후에 건조화 7.8A 이후 구간에서 건조화가 진행되며, 8A 이후구간에서 건조화가 시작되는 공기극 당량비 2.0에서 작동하는 연료전지와 비교하여 넓은 영역에서 물 생성이 활발하게 이루어져 MEA의 내구성과 수소이온전도도가 우수한 결과를 확인하였다.

• 전기화학회지
• /
• 제10권4호
• /
• pp.279-282
• /
• 2007

개질기에서 생산된 수소를 연료전지용 연료로 사용할 때에는 개질수소가 포함하고 있는 일산화탄소가 막-전극접합체의 촉매를 피독시켜서 연료전지 성능이 크게 감소된다. 본 논문에서는 개질수소에 포함된 일산화탄소가 스퍼터링 공정으로 제조된 박막층에 의하여 개선된 막-전극접합체의 성능에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 실험결과 Pt와 Ru박막은 MEA의 단위전지 성능을 개선하였으며, 금속박막은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 산화전극으로의 공기주입 운전기법은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 게다가 Pt, Ru그리고 PtRu박막은 공기주입 운전에 영향을 주는 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제59권3호
• /
• pp.333-338
• /
• 2021

대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H₂ (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제28권4호
• /
• pp.377-383
• /
• 2017

This paper presents the performance characteristics of a 1 kW solid oxide fuel cell (SOFC) stack under various internal reforming and fuel utilization conditions. The Research Institute of Industrial Science & Technology (RIST) developed the 9-cell stack using a $20{\times}20cm^2$ anode supported planar cell with an active area of $324cm^2$. In this work, current-voltage characteristic test, fuel utilization test, continuous operation, and internal reforming test were carried out sequentially for 765 hours at a furnace temperature of $700^{\circ}C$. The influence of fuel utilization and internal reforming on the stack performance was analyzed. When the 1 kW stack was tested at a current of 145.8 A with a corresponding fuel utilization of 50-70% (internal reforming of 50%) and air utilization of 27%, the stack power was approximately 1.062-1.079 kW. Under continuous operation conditions, performance degradation rate was 2.16%/kh for 664 hours. The internal reforming characteristics of the stack were measured at a current of 145.8. A with a corresponding fuel utilization of 60-75%(internal reforming of 50-80%) and air utilization of 27%. As fuel utilization and internal reforming ratio increased, the stack power was decreased. The stack power change due to the internal reforming ratio difference was decreased with increasing fuel utilization.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제39권7호
• /
• pp.765-772
• /
• 2015

본 연구는 SOFC/GT(Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine)시스템의 SOFC 스택으로 공급되는 공기, 메탄 및 물의 유량변화에 따른 SOFC/GT시스템의 온도, 스택 출력 및 시스템 효율의 특성에 관하여 조사하였다. 이 때 SOFC 스택의 애노드 및 캐소드로 공급되는 가스 온도는 외부 열원의 추가 없이 시스템에서 배출되는 배기가스를 활용하여 일정하게 유지하였다. 그 결과 본 연구의 범위 내에서 외부 열원의 추가 없이 SOFC/GT시스템의 배기가스를 활용하여 SOFC 스택으로 공급되는 애노드 및 캐소드 가스 공급온도를 1000(K)로 일정하게 유지하는 것이 가능하였다. 시스템 효율은 공급 공기 유량은 많을수록, 공급 메탄 유량은 적을수록 높아짐을 알 수 있었고, 터빈으로 공급되는 배기 가스의 유량이 시스템 효율에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, SOFC/GT시스템의 운전 조건에 따라서 SOFC 스택 효율은 51~57%, 시스템 효율은 57~73%의 값을 얻을 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 1998년도 하계학술대회 논문집 D
• /
• pp.1303-1305
• /
• 1998

In order to reduce or avoid oxidation problem at operation the interconnects in SOFCs have so far mostly been made of ceramic material. It has high chemical stability both under cathode and anode condition, relatively thermal expansion coefficient that matchs that of electrolyte material YSZ. But this material shown rather weak in the low oxygen atmosphere and thermal shock, and it has lower mechanical strength than alloys. To avoid these problems one may consider to use metals or alloys as materials for interconnects. Metallic interconnects are advantageous because of their high thermal and electronic conductivities. But it has some problems, Those are high thermal expansion and oxidation at high temperature in air. To solve these problems in the interconnection material in this study, $LaCrO_3$-dispersed Cr alloys for metallic interconnector of SOFC have been investigated as a fuction of $LaCrO_3$ content in the range of 5 to 25 vol.%. The Cr alloy were prepared by mixing Cr and $LaCrO_3$ powders in high-energy ball mill for 48h and by sintering under Ar atmosphere with 5vol.% $H_2$ for 10h at $1500^{\circ}C$. The alloys had a relative density of 95% and above. The Cr alloys in composed of two kind of small $LaCrO_3$ and large Cr particles. As the $LaCrO_3$ content increased, the Cr particle size decreased but the $LaCrO_3$ particle size remained contant. Also the oxidation tests show that the $LaCrO_3$-dispersed Cr is very resistant to oxidation in air. These results means that $LaCrO_3$-dispersed Cr is a useful material for metallic interconnect of planar SOFC.

• 한국환경과학회지
• /
• 제18권11호
• /
• pp.1235-1245
• /
• 2009

The purpose of this study is to investigate electro-generation of free Cl, $ClO_2$, $H_2O_2$ and $O_3$ and degradation of Rhodamine B in solution using Ru-Sn-Sb electrode. Electrolysis was performed in one-compartment reactor using a dimensionally stable anode(DSA) of Ru-Sn-Sb/Ti as the working electrode. The effect of applied current (0.5-3 A), electrolyte type (NaCl, KCl, HCl, $Na_2SO_4$ and $H_2SO_4$) and concentration (0.5-2.5 g/L), air flow rate (0-3 L/min) and solution pH (3-11) was evaluated. Experimental results showed that concentration of 4 oxidants was increased with increase of applied current, however optimum current for RhB degradation was 2 A. The generated oxidant concentration and RhB degradation of the of Cl type-electrolyte was higher than that of the sulfate type. The oxidant concentration was increased with increase of NaCl concentration and optimum NaCl dosage for RhB degradation was 1.75 g/L. Optimum air flow rate for the oxidants generation and RhB degradation was 2 L/min. $ClO_2$ and $H_2O_2$ generation was decreased with the increase of pH, whereas free Cl and $O_3$ was not affected by pH. RhB degradation was increase with the pH decrease.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.146-151
• /
• 2013

본 연구에서는 연료극 또는 공기극에 함유된 불순물인 황화합물의 도입을 차단할 수 있는 GDL을 제조하여, 이를 평가용 단위전지에 체결하여 $H_2S$와 $SO_2$를 연료극과 공기극에 각각 동시에 공급하여 PEMFC의 성능 저하 및 회복에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과 $H_2S$와 $SO_2$의 농도가 증가함에 따라 전지의 성능이 감소하며 특히 10 ppm 이상의 농도에서는 10분 이내에 약 10-15% 정도 성능이 감소하였다. 특히 GDL 표면의 기공이 없는 CN-2 GDL을 체결한 단위전지의 경우 피독에 의한 성능 감소 속도가 더 빠른 것을 확인하였다. 그리고 단위전지 피독 후 황화합물이 혼합되지 않은 순수 가스를 1시간 이상 공급하였을 때 전지의 성능이 GDL의 종류에 따라 90%에서 95% 이상 회복되며 CN-1 GDL의 경우가 가장 회복이 우수하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제23권4호
• /
• pp.300-309
• /
• 2012

Long endurance is a key issue in the application of unmanned aerial vehicles. This study presents feasibility test results when fuel cell system as an alternative to the conventional engine is applied for the power of the UAV after the 150W fuel cell system is developed and packaged to the 1/4 scale super cub airplane. Fuel cell system is operated by dead-end method in the anode part and periodically purged to remove the water droplet in flow field during the operation. Oxygen in the air is supplied to the stack by the two air blowers. And fuel cell stack is water cooled by cooling circuit to dissipate the heat generated during the fuel cell operation. Weight balance is considered to integrate the stack and balance of plant (BOP) in package layout. In flight performance test, we demonstrated 4 times standalone take-off and landing. In the laboratory test simulating the flight condition to quantify the energy flow, the system is analyzed in detail. Sankey diagram shows that electric efficiency of the fuel cell system is 39.2%, heat loss 50.1%, parasitic loss 8.96%, and unreacted purged gas 1.67%, respectively compared to the total hydrogen input energy. Feasibility test results show that fuel cell system is high efficient and appropriate for the power of UAV.