Polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFC) are very interesting power source due to high power density, simple construction and operation at low temperature. But they have problems such as high cost, improvement of performance and effect of temperature. This problems can be approached using mathematical models which are useful tools for analysis and optimization of fuel cell performance and for heat and water management, in this paper, transient model consists of various energy terms associated with fuel cell operation using the mass and energy balance equation. And water transfer in the membrane is composed of back diffusion and electro-osmotic drag. The temperature calculated by transient model approximately agreed with the temperature measured by experiment in constant current condition.
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.
Park Ho-Sik;Lee Jong-Hoon;Seo Soo-Jung;Lee Young-Kwan;Oh Yong-Soo;Jung Hyun-Chul;Nam Jae-Do
Macromolecular Research
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v.14
no.4
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pp.430-437
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2006
The ultra-drawing process of an ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) gel film was examined by incorporating linear low-density polyethylene (LLDPE) and $BaTiO_3$ nanoparticles. The effects of LLDPE and the draw ratios on the morphological development and mechanical properties of the nanocomposite membrane systems were investigated. By incorporating $BaTiO_3$ nanoparticles in the UHMWPE/LLDPE blend systems, the ultra-drawing process provided a highly extended, fibril structure of UHMWPE chains to form highly porous, composite membranes with well-dispersed nanoparticles. The ultra-drawing process of UHMWPE/LLDPE dry-gel films desirably dispersed the highly loaded $BaTiO_3$ nanoparticles in the porous membrane, which could be used to form multi-layered structures for electronic applications in various embedded, printed circuit board (PCB) systems.
Flow over a sphere is controlled experimentally at $Re=10^5$ using electro-magnetic actuators. The electro-magnetic actuator developed in this study is composed of the permanent magnet electro-magnet membrane and slot. Eight actuators are placed inside the sphere at equally spaced intervals on a latitudinal plane and the position of the control slot is 76 from the stagnation point. Each actuator generates a periodic blowing and suction through the slot at variable frequencies of $10{\sim}140Hz$ and variable amplitudes by controlling electric signals applied to the electro-magnet. Drag on the sphere measured using a load cell is significantly reduced with control at the forcing frequencies larger than the natural shedding frequency $({\approx}14Hz\;at\;Re=10^5)$, whereas drag is slightly increased at the forcing frequency of 10Hz. It is shown from pressure measurement that the static pressure in the rear surface of the sphere is significantly increased with control, indicating that the separation is delayed due to control. Flow visualizations also show that the detaching shear layer is more attracted to the sphere center with control, the separation bubble size is significantly reduced, and motion inside the bubble is very weak, as compared to the case of uncontrolled flow.
Kim, Young-Jae;Yoo, Young-Seuck;Park, Sung-Jun;Kim, Soon-Young;Sim, Won-Chul;Hong, Sae-Won;Joung, Jae-Woo
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.340-341
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2005
Three different composition 130um thickness PZT were fabricated by extrusion method and burned out at $550^{\circ}C$ and sintered at $1260^{\circ}C$/2.5hrs. Actuator was fabricated using glass and Si(100) wafer by MEMS process. From XRD data, in case of DECH, perovskite phase peak strength is higher than others. We were able to obtain the information of grain growth and porosity by SEM images. Also DECH PZT on glass membrane(100um thickness) have larger displacement than others.
The maximum current density that can be achieved in bipolar membrane electrodialysis is limited by the sharp increase in resistance that is experienced when the water content at the membrane interface is not adequately replenished and the membranes dry out. In this paper we show how the water content near the interface depends on the properties of the membranes. A water retaining parameter is introduced, which characterizes the thermodynamic properties of the membrane material and may be used to guide the choice of polymers for mitigation of the dry-out problem.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.5
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pp.397-403
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2015
In this study, water distribution inside a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) was measured experimentally. Water distribution is non-uniform because of vigorous chemical reaction and mass transport and has been difficult to measure experimentally. Therefore, much research relied on indirect measuring methods or numerical simulations. In this study, several mini temperature-humidity sensors were installed at the channel for measuring temperature and humidity of the flowing gas throughout the channel. Only one of two electrode channels was humidified externally, and the humidity distribution on the other side was measured, enabling the observation of water transport characteristics under various conditions. Diffusion through the membrane became more vigorous as the temperature of the humidifier rose, but at high current density, electro-osmotic drag became more effective than diffusion.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2004.05a
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pp.132-135
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2004
It has been known that transport characteristics of ions are very complicated in CEDI system due to the inter-relations between ion exchange media and solution. Thus, this study sought to determine the ionic mobility of cobalt ion through cation exchange textile under electroregeneration and consequently verify the transport mechanisms of cobalt ion in a CEDI system.(omitted)
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1991.04a
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pp.10-12
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1991
The first membrane technology applied in the Japanese industry was a. electro-dialysis(ED) process using ion-exchange meabranes. These membranes were first developed in early 50ties and the Japanese government decided to use this method for concentration of sea water to produce salt, which was then produced by solar evaporation. This development program started from 1960 by the Japan monopoly Coop. (at that time). To apply ED process for sea-water concentrat ion it was necessary to develop ion-exchange membranes having very low electric resistance to avoid energy loss due to Joule heat, and those having selectivity to permeate single valent ions only to avoid scale formation in the ED stacks. These Japanese companies, Asahi Glass, Asahi Chemical and Tokuyama Soda, have succeeded to develop such membranes, and until 1971 all of the seven salt manufacturing companies had adopted ED for production of food salt.
Kim Dong-Won;Park Jeong-Won;Kim Sang-Ho;Park Jong-Su
Journal of Surface Science and Engineering
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v.37
no.5
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pp.243-248
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2004
A palladium-nikel(Pd-Ni) alloy composite membrane has been fabricated on microporous nickel support formed with nickel powder. Plasma surface treatment process is introduced as pre-treatment process instead of HCI activation. Pd coating layer was prepared by dc magnetron sputtering deposition after $H_2$ plasma surface treatment. Palladium-nickel alloy composite layer had a fairly uniform and dense surface morphology. The membrane was characterized by permeation experiments with hydrogen and nitrogen gases at temperature of 773 K and pressure of 2.2psi. The hydrogen permeance was 6 ml/minㆍ$\textrm{cm}^2$ㆍatm and the selectivity was 120 for hydrogen/nitrogen($H_2$/$N_2$) mixing gases at 773 K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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