• 제목/요약/키워드: bipolar membrane

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분리판 분할을 통만 연료전지의 전류분포 측정법에 대한 수치적 검증 (Computational Justification of Current Distribution Measurement Technique Via Segmenting Bipolar Plate in Fuel Cells)

  • 최용준;이기용;강경문;김환기;주현철
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제21권1호
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    • pp.1-11
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    • 2010
  • Current distribution measurement technique based on a segmented bipolar plate (BP) has been widely adopted to visualize the distribution of current density in a polymer electrolyte membrane. However, a concern is raised how closely the current density of a segmented BP can approach that of a corresponding non-segmented membrane. Therefore, in this paper, the accuracy of the measurement technique is numerically evaluated by applying a three-dimensional, two-phase fuel cell model to a $100\;cm^2$ area fuel cell geometry in which segmented BPs and non-segmented membrane are combined together. The simulation results reveal that the errors between the current densities of the segmented BPs and non-segmented membrane indeed exist, predicting the maximum relative error of 33% near the U-turn regions of the flow-field. The numerical study further illustrates that the erroneous result originates from the BPs segmented non-symmetrically based on the flow channels that allows some currents bypassing flow channels to flow into its neighboring segment. Finally, this paper suggests the optimal way for bipolar plate segmentation that can minimize the deviation of current measured in a segmented BP from that of a corresponding membrane region.

Metal foam을 사용한 고분자 전해질 연료전지 성능 연구 (A Study on Performance of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Using Metal Foam)

  • 김묘은;김창수;손영준
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제26권6호
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    • pp.554-559
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    • 2015
  • Single cell of PEMFC (polymer electrolyte membrane fuel cell) is composed of bipolar plates, gasket, GDL and the MEA. Bipolar plate's function is the collecting electricity, helping oxygen/hydrogen gas diffuse evenly and draining the water and heat. In this work, we have conducted experiments to low contact resistance and improve the performance of a $25cm^2$ single cell by using metal forms. We have following experimental cases: 1) Conventional graphite serpentine channel bipolar plate; 2) Channel-less bipolar plate with nickel(Ni) based metal foam which coated by various materials. We focused the difference in contact resistance and performance of the single cell with metal foam depending on various coating materials. The experimental results show the similar performance of single cells between with serpentine channel bipolar plates and with channel-less bipolar plate using metal foams. In addition, single cell with metal foam shows potential to higher performance than conventional channel.

다층박막 코팅된 PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)용 바이폴라 플레이트 (Multi-film coated 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.646-648
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    • 2008
  • The multi-films of a metallic film and a transparent conducting oxide (TCO, indium-tin oxide, ITO) film were formed on the stainless steel 316 and 304 plates by a sputtering method and an E-beam method and then the external metallic region of the stainless steel bipolar plates was converted into the metal nitride films through an annealing process. The multi-film formed on the stainless steel bipolar plates showed the XRD patterns of the typical indium-tin oxide, the metallic phase and the metal substrate and the external nitride film. The XRD pattern of the thin film on the bipolar plates modified showed two metal nitride phases of CrN and $Cr_2N$ compound. Surface microstructural morphology of the multi-film deposited bipolar plates was observed by AFM and FE-SEM. The electrical resistivity of the stainless steel bipolar plates modified was evaluated.

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양성자 교환막 연료전지용 탄소 복합재료 분리판 개발 (Development of Carbon Composite Bipolar Plates for PEMFC)

  • 임준우
    • Composites Research
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    • 제32권5호
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    • pp.222-228
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    • 2019
  • 양성자 교환막 연료전지 (PEMFC) 시스템은 환경 친화적인 전력 공급원으로 많은 잠재적 용도를 가지고 있다. 탄소섬유 복합재료 분리판은 산성환경에서 내부식성이 우수하며 높은 비강도와 비강성을 갖지만, 상대적으로 낮은 전기전도도로 인하여 PEMFC의 효율을 떨어뜨린다. 본 연구에서는 분리판의 전기 저항을 감소시키기 위하여 전기 전도성 입자(흑연 분말과 카본 블랙)를 탄소-에폭시 복합재료 프리프레그에 도포하였다. 전기 저항과 기계적 특성을 기존의 시험 방법을 사용하여 측정하였으며, 개발된 탄소 복합재료 분리판의 단위 셀 성능평가를 실시하여 기존의 분리판과 비교하였다.

고분자전해질 연료전지 분리판용 316L 스테인리스강의 표면특성에 미치는 질소 이온주입 효과 (Effects of Nitrogen Ion Implantation on the Surface Properties of 316L Stainless Steel as Bipolar Plate for PEMFC)

  • 김민욱;김도향;한승희;김유찬
    • 대한금속재료학회지
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    • 제47권11호
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    • pp.722-727
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    • 2009
  • The bipolar plates are not only the major part of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack in weight and volume, but also a significant contributor to the stack costs. Stainless steels are considered to be good candidates for bipolar plate materials of the PEMFC due to their low cost, high strength and easy machining, as well as corrosion resistance. In this paper, 316L stainless steel with and without nitrogen ion implantation were tested in simulated PEMFC environments for application as bipolar plates. The results showed that the nitride formed by nitrogen ion implantation contributed the decrease of the interfacial contact resistance without degradation of corrosion property. The combination of excellent properties indicated that nitrogen ion implanted stainless steel could be potential candidate materials as bipolar plates in PEMFC. Current efforts have focused on optimizing the condition of ion implantation.

PEMFC 시스템용 바이폴라 플레이트의 디자인에 관한 연구 (A Study on a Design of Bipolar Plate for PEMFC System)

  • 윤형상;차인수;이정일;윤정필
    • 신재생에너지
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    • 제4권1호
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    • pp.5-10
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    • 2008
  • Hydrogen fuel cell is clean and efficient technology along with high energy densities. While there are many different types of fuel cells, the proton exchange membrane fuel cell stands out as one of the most promising for transportation and small stationary applications. This paper focuses on design of bipolar plate for proton exchange membrane fuel cell. The bipolar plate model is realistically and accurately simulated velocity distribution, current density distribution and its effect on the PEMFC system using CFD tool FLUENT.

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PEM 연료전지용 가스확산층-탄소 복합재료 분리판 조합체 개발 (Development of GDL-carbon Composite Bipolar Plate Assemblies for PEMFC)

  • 임준우
    • Composites Research
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    • 제34권6호
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    • pp.406-411
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    • 2021
  • PEM(양성자 교환막) 연료 전지는 부산물로 물 만을 생성하여 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 이러한 연료전지의 스택을 이루는 여러 부품들 중 연료전지의 효율을 결정짓는 분리판에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 복합재료 분리판은 높은 강도와 강성 및 내식성을 갖지만 상대적으로 낮은 전기 전도도를 갖는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고자 가스확산층(GDL)-복합재료 분리판 조합체를 개발하고 그 성능을 실험적으로 확인하였다. 선행 연구에서 개발된 흑연 포일 코팅법을 분리판과 GDL 간의 접촉 저항을 줄이기 위해 적용하였다. 또한, 스택 내의 전자 이동경로를 향상시키고 GDL과 분리판 사이의 접촉저항을 최소화하기 위하여 금속 박막을 이용하여 GDL-분리판 조합체를 제작하였다. 실험 결과 개발된 GDL-분리판 조합체는 기존의 복합재료 분리판과 비교하여 98% 낮은 전기저항을 갖는 것을 확인하였다.

고분자 전해질 연료전지용 탄소 복합체 Bipolar Plates의 기체 투과 특성 연구 (Characterization of Carbon Composite Bipolar Plates far Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)

  • 홍성욱;김현선;최원석;김정헌
    • 멤브레인
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    • 제15권2호
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    • pp.141-146
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    • 2005
  • 본 연구에서는 흑연, 열경화성 수지, 그리고 카본 블랙을 사용하여 조성과 제조 조건을 달리하여서 탄소 복합체를 제조하였다. 제조된 탄소 복합체의 고분자 전해질 연료전지용 bipolar plate로의 응용 가능성을 살펴보기 위하여 연속 흐름 기체 투과 장치를 사용하여서 산소의 투과도를 측정하였다 실험 결과 카본 블랙의 양이 증가할수록 산소 투과도가 증가하였으며, 탄소 복합체의 성형 시간이 증가할수록 투과도가 감소하였다 반면에 성형 압력은 산소 투과도에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.