• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.325-343
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• 2023

직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 연료의 개질 없이 메탄올 연료를 공급하여 수소이온과 전자 생성을 통해 전류를 생산하는 에너지 변환 장치이다. 현재 DMFC에 적용되고 있는 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 높은 수소이온 전도도와 물리화학적 안정성을 갖는 과불소화계 이오노머를 활용한 PEM이지만, 높은 메탄올 투과율과 분해 시 발생되는 환경 오염 물질 등의 문제로 인해 신규 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 들어, 과불소화계 이오노머에 비해 낮은 연료 투과율 및 우수한 물리화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 PEM을 DMFC에 적용하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 탄화수소계 고분자 기반 PEM 중 1) 친수성/소수성 영역의 뚜렷한 나노 상분리 구조를 나타내는 가지형 공중합체를 합성하여 수소이온 전도성과 메탄올의 선택도를 향상시킨 연구, 2) 제막 단계에서 가교 구조를 도입하여 메탄올 투과율을 감소시키고 치수 안정성을 향상시킨 연구, 3) 유/무기계 첨가제 및 다공성 지지체를 도입하여 성능을 개선한 복합 막 개발 연구에 대해 소개하고자 한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.101.2-101.2
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• 2005

• Journal of Power Electronics
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• 제8권3호
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• pp.239-247
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• 2008

This paper presents the design of 1 kW prototype high frequency link boost half bridge inverter-fed DC-DC power converters with bridge voltage-doublers suitable for small scale PEM fuel cell systems and associated control schemes. The operation principle of this converter is described using fuel cell modeling and some operating waveforms. The switching mode equivalent circuits are based on simulation results and a detailed circuit operation analysis at soft-switching conditions.

• 한국상하수도협회지
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• 통권29호
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• pp.16-17
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• 2010

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권8호
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• pp.657-663
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• 2014

차량에 탑재하여 운행 중 배출가스를 측정할 수 있는 이동식 배출가스 장비(PEMS)를 활용한 결함확인검사 방법을 미국은 2007년부터 시행하였고, 유럽은 2013년 EURO6부터 도입할 계획을 수립했다. 따라서 한국도 국내의 대형차 배출가스 관리의 중요성을 고려할 때 PEMS를 활용한 실 도로 주행 특성을 반영한 측정 방법의 도입이 필요한 시점이다. PEM의 다양한 활용 방안을 위하여 도로유형, 매연저감장치 및 공회전제한장치 그리고 에어컨 작동에 따른 배출가스 평가를 수행하였다. 본 연구는 PEMS을 활용한 상용차 결함확인 검사 방법을 분석하여 국내 실정에 적합한 대형차 결함확인 검사제도 시행에 필요한 기초자료를 마련하고자 한다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권5호
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• pp.118-123
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• 2012

Water balance has a significant impact on the overall fuel cell performance. Maintenance of proper water management should provide an adequate membrane hydration and avoidance of water flooding in the catalyst layer and gas diffusion layer. Considering the important of advanced water management in PEM fuel cell, this study proposes a simple one dimensional water transportation model of PEM fuel cell for use in a dynamic condition. The model has been created by assumption that the output is the water liquid saturation difference. The liquid saturation change is the total difference between the additional water and the removal water on the system. The water addition is obtained from fuel cell reaction and the electro osmotic drag. The water removal is obtained from capillary transport and evaporation process. The result shows that the capillary water transport of low temperature fuel cell is high because the evaporation rate is low.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.23-31
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• 2004

For the fabrication of high efficient bifunctional electrocatalyst of oxygen electrode for PEM URFC (Polymer Electrolyte Membrane Unitized Regenerative Fuel Cell), which is a promising energy storage and conversion system using hydrogen as the energy medium, several bifunctional electrocatalysts were prepared and tested in a single cell URFC system. The catalysts for oxygen electrode revealed fuel cell performance in the order of Pt black > PtIr > PtRuOx > PtRu ~ PtRuIr > PtIrOx, whereas water electrolysis performance in the order of PtIr ~ PtIrOx > PtRu > PtRuIr > PtRuOx ~ Pt black. Considering both reaction modes PtIr was the most effective elctrocatalyst for oxygen electrode of present PEM URFC system. In addition, the water electrolysis performance was significantly improved when Ir or IrOx was added to Pt black just 1 wt.% without the decrease of fuel cell performance. Based on the catalyst screening and the optimization of catalyst composition and loading, the optimum catalyst electrodes for PEM URFC were $1.0mg/cm^2$ of Pt black as hydrogen electrode and $2.0mg/cm^2$ of PtIr (99:1) as oxygen electrode.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.337-344
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• 2011

고분자 전해질막 연료전지에서 공급 기체의 가습은 연료전지의 효율과 수명 향상 측면에서 필수적이다. 기존의 고분자 전해질막 연료전지의 가습 방법으로 물 분사나 막가습기, 엔탈피 휠 등이 사용되었다. 하지만, 이러한 외부 가습 방법은 시스템 부피를 크게 하고 고출력 구간에서 가습량이 부족한 단점이 있다. 가습 장치의 효율과 전체 연료전지 시스템 효율을 높이려면, 연료전지의 고온다습한 배출기체로부터 열과 수분을 회수할 필요가 있다. 본 연구에서는 연료전지의 고온다습한 배출공기를 재순환하여 공급공기를 1 차로 가습하고 소형의 막가습기로 2 차 가습하는 복합가습에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 그리고 최적의 가습 시스템 설계를 위한 새로운 방법을 제안하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제16권5호
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• pp.37-43
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• 2008

The durability test of turbo-blower for PEM fuel cell is very important process of BOP development. It is a major barrier to the commercialization of these systems for stationary and transportation power applications. Commercial viability depends on improving the durability of the air supply system to increase the reliability and to reduce the lifetime cost. In this study, turbo-blower supported by oil-free bearing is introduced as the air supply system used by 80kW proton exchange membrane fuel systems. The turbo-blower is a turbo machine which operates at high speed, so air foil bearings suit their purpose as bearing elements. The impeller of blower was adopted mixed type of centrifugal and axial. So, it has several advantages for variable operating condition. The turbo-blower test results show maximum parasitic power levels below 1.67kW with the 30,000 rpm rotating speed, the flow rate of air has maximum 163SCFM(@PR1.1). For proper application of FCV, these have to durability test. This paper describes the experiment for confirming endurance and stability of the turbo-blower for 500 hours.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권2호
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• pp.85-92
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• 2009

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are a promising technology for short-term power generation required in residential and automobile applications. Proper management of water has been found to be essential for improving the performance and durability of PEM fuel cells. This study investigated the liquid water exhaust capabilities of various flow channels having different geometries and surface properties. Three-pass serpentine flow fields were prepared by patterning channels of 1 mm or 2 mm width onto hydrophilic Acrylic plates or hydrophobic Teflon plates, and the behaviors of liquid water in those flow channels were experimentally visualized. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted to quantitatively assess the liquid water exhaust capabilities of flow channels for PEM fuel cells. Numerical results showed that hydrophobic flow channels have better liquid water exhaust capabilities than hydrophilic flow channels. Flow channels with curved corners showed less droplet stagnation than the channels with sharp corners. It was also found that a smaller width is desirable for hydrophobic flow channels while a larger width is desirable for hydrophilic ones. The above results were explained as being due to the different droplet morphologies in hydrophobic and hydrophilic channels.