• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.409-414
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• 2011

건물용 고분자연료전지는 저탄소 녹색산업화에 기여할 수 있는 대표적인 신재생에너지원으로, 정부 주도의 보급사업을 통해 초기 시장창출이 이루어지고 있다. 고분자연료전지 산업화 촉진을 위해서는 분리판을 비롯한 구성 부품의 상용화 기술개발과 저가화가 필수적이다. 탄소복합체 몰딩분리판의 적용은 고분자연료전지 상용화를 앞당기는데 기여할 것이다. 한국타이어에서 개발한 복합체 몰딩분리판은 고분자연료전지 스택 부품으로서의 요구 특성과 성능을 모두 만족시키는 것으로 나타났다. 한국타이어는 분리판 상용화 기술개발과 지속적인 생산능력 확보를 통해 국산 연료전지의 가격 및 성능 경쟁력 향상을 위해 최선의 노력을 다하고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.127.2-127.2
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• 2010

우리나라는 기후변화 대응을 준비하기위해 2008년도에 수립한'국가에너지기본계획(2008-2030)'에 따라 2030년까지 신재생에너지 비중을 2.4%에서 11%까지 달성을 목표로 정하고 신재생에너지 분야를 성장시키기 위해 국가기술개발 및 산업화 전략을 수립해 추진하고 있다. 이에 발맞추어 건물용 연료전지시스템의 경우, 2006년도부터 1kW급 가정용 연료전지시스템 모니터링 사업의 일환으로 3년간 210대가 도시가스사 및 지자체 등을 중심으로 설치되어 운전되어지고 있다. 특히, 2010년부터 시범보급사업이 추진되어 올해 200대를 시작으로 2011년에 300대, 2012년에 500대가 일반가정에 보급되어질 예정이다. 하지만 현재 6천만원인 연료전지시스템 가격을 실제 보급가능한 가격인 5백만원 이하로 저감시키는 것이 현 시점에서 가장 시급한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가방법을 개발하여 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가방법을 제시함으로서, 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과를 제조사에 feedback하여 안전성능 개선에 이바지하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.90.2-90.2
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• 2011

세계 각 국에서는 선진국을 중심으로 기후변화와 치솟는 유가에 대응하기 위하여 다양한 에너지원의 확보를 위해 부단히 노력하고 있다. 특히, 신재생에너지원 중 에너지 지속성이 가장 우수한 연료전지의 경우 1kW급 건물용 연료전지시스템이 도시가스 인프라가 가장 우수한 한국 및 일본을 중심으로 상용화에 가장 근접해 있는 실정이다. 일본의 경우 가정용 연료전지시스템 '에너팜'의 일부 제품이 올해부터 200만엔대로 가격을 내려 보급되어질 예정이고, 아직은 경제성이 떨어지지만 연료전지 조기 상용화를 위해 시스템 가격저감을 통한 기술개발이 한창이다. 또한 700W급 고체산화물형 연료전지시스템을 세계에서 처음 시판 계획을 가지고 있다. 국내의 경우 2009년도부터 시작된 '그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지 보조기기 가격저감 기술개발'연구를 통해 블로워, 밸브, 유량계 및 펌프 등의 보조기기의 단가를 낮추고자 기술개발에 박차를 가하고 있다. 이에 따른 연료전지 부품 가격저감 기술이 국내 건물용 연료전지 시장보급의 활력소가 되기를 기대한다. 본 연구에서는 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가를 통한 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가를 수행하였고, 평가결과의 공유를 통하여 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과 비교를 통하여, 연료전지 부품 인증기준을 재정립하여 연료전지 부품산업의 조기 활성화를 도모하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.488-494
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• 2011

Gasket plays an important role on sealing of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack. Stack requires gaskets in each cell to keep the hydrogen and air/oxygen within their respective regions. The failure of the gasket creates the problems of fuel leakage, mixing, damage on parts and can be a direct reason for the degrading the efficiency of fuel cell. The purpose of this paper researches on how mechanical properties of EPDM gasket in PEMFC are changed after long-term operations. The EPDM (ethylenepropylene-diene monomer) gaskets are obtained from the stack after long-term operations. DMA (dynamic mechanical analysis) is conducted to access the change of mechanical properties of the EPDM gasket. SEM/EDS (scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy) was used to show the surface topography and chemical characterization on the sample surface.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.82.1-82.1
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• 2011

최근 국내에서 발생된 대규모 정전사태로 인해 안정적인 전력공급에 대한 국민들의 요구가 커져, 지난 3월 일본 후쿠시마 원전사고 이후 다시 한번 분산전원에 대한 필요성이 대두되어지고 있다. 여러 분산전원 중 연료전지는 다른 에너지원에 비해 에너지의 지속성이 우수하여 가장 안정적인 분산전원 형태의 하나이다. 이에 따라 국내의 경우 우수한 도시가스 인프라로 인해 건물용 연료전지라는 신기술에 대한 국민의 수용성은 점점 높아질 것으로 기대된다. 현재 건물용 연료전지의 경우, 주로 1kW급 연료전지가 시범보급되어 각 가정에 설치되어지고 있으나, 상가, 주유소 및 편의점 등의 상업시설과 생활관 및 소형빌라 등의 집단 주거시설 같은 1kW급 보다 용량을 더 필요로 하는 응용처에 국내에서 개발된 5kW급 연료전지시스템이 적용되어지기를 기대한다. 본 연구에서는 국내 제작된 5kW급 고분자전해질 연료전지시스템의 보급이전에 안전성능 평가를 통해 시스템의 성능 및 안전성 평가결과를 제조사에 피드백 하여 5kW급 건물용 연료전지시스템의 조기 상업화에 앞장서고자 한다. 5kW급 연료전지시스템의 기술개발은 핵심부품인 연료변환기, 스택 및 BOP 기술의 경우 1kW급 연료전지시스템에 적용된 것과는 다른 기술이 필요하고, 단순한 scale-up 과정이 아닌 새로운 기술개발로 제품에 적용시켜야 하는 난점을 가지고 있다. 특히, 연료변환기의 경우 연료 유량의 증가로 인하여 reformer, CO shift 및 Prox 반응기의 유체역학, 열교환 흐름 및 촉매반응 공학적으로 이론을 응용한 새로운 반응기 설계와 제작기술 확립이 선행되어 전체적인 시스템 제작 설계에 반영되어져야 한다. 그러므로 본 연구에서는 연료전지시스템 안전성능 평가를 위해 용량증대에 따른 안전성평가 항목을 검토하고, 5kW급 연료전지시스템평가를 수행하여 시스템의 제품성능, 작동성능 및 계통연계성능에서의 안전성을 확인하였고, 정전 유풍과 같은 이상조건 및 실외 환경에 대한 시스템의 안전성도 확인하였다. 또한 부하운전 조건을 75% 및 50%로 변화시켰을 때 빠른 응답시간과 안정적인 부하변동운전을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.440-447
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• 2006

Solid polymer electrolyte(SPE) membrane with electrodes embedded on both faces offer unique possibilities for the electrochemical cells like water electrolyzer with fuel cell. The Nafion 117 membrane was used as the SPE, and $Pt(NH_3)_4Cl_2$ and $NaBH_4$ as the electrocatalysts and reducing agent, respectively. The 'impregnation-reduction(I-R) method' has been investigated as a tool for the preparation of electrocatalysts for water electrolyzer by varying the concentration of reducing agent and reduction time at fixed concentration of platinum salt, 5 mmol/L. Pt-SPE electrocatalysts prepared by non-equilibrium I-R method showed the lowest cell voltage of 2.17 V at reduction time, 90 min and with concentration of reducing agent 0.8 mol/L and the cell voltage with those by equilibrium I-R method was 2.42 V at reduction time, 60 min and with concentration of reducing agent 0.8 mol/L. The cell voltage were obtained at a current density $1\;A/cm^2$ and $80^{\circ}C$. In water electrolysis, hydrogen production efficiency by Pt-SPE electrocatalyst is 68.2% in case of non-equilibrium I-R method and 61.2% at equilibrium I-R method.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.768-773
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• 2019

고분자전해질연료전지(PEMFC)의 고분자막의 전기화학적 내구성을 평가하는 펜톤(Fenton)반응과 개회로전위 유지(OCV Holding)방법에 의한 고분자 막의 열화 결과를 비교하였다. 펜톤 반응은 셀 밖에서 OCV Holding 방법보다 더 짧은 시간에 고분자막의 화학적인 내구를 평가할 수 있는 방법이다. 펜톤 반응은 과산화수소 30%, 철이온 80 ppm, $80^{\circ}C$에서 24시간 실시하였다. OCV Holding은 $90^{\circ}C$, 상대습도 30%, OCV에서 168시간 시간 구동하였다. 펜톤 반응에 의해서는 고분자막의 내부에서 열화가 많이 발생하는 현상을 보였다. 반면에 OCV Holding에서는 표면과 내부 전체적인 열화에 의해 막 두께가 얇아졌다. 펜톤 반응에 의해 불소유출속도는 OCV Holding에 비해 10배 이상 높았다. 수소투과속도는 펜톤 반응 24시간에 약 30% 증가하였다. OCV Holding에서는 24시간에 수소투과도가 감소하였고 이후 증가하는 경향을 보였다. 전체적으로 펜톤 반응과 OCV Holding에 의한 고분자막 열화는 차이가 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.361-369
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• 2011

실험과 수치해석을 이용하여 차량용 PEMFC 시스템의 공기 공급부 운전환경에 따른 막 가습기의 성능 특성에 대한 연구를 수행하였다. Nafion 막을 이용한 Shell-and-Tube 형 막가습기의 입구온도변화에 따른 열 및 물 전달 특성에 알아보기 위한 실험을 수행하였으며, 이로부터 가습기 막을 통한 물전달 성능이 입구 온도에 대하여 비선형적으로 변화하는 특성을 확인하였다. Nafion 막의 물전달 계수를 경계면의 온도와 상대습도의 함수로서 모델링하여 단일 튜브형 막에 대한 수치해석을 수행하였으며, 해석 결과를 실험 결과와 비교하였다. 막을 통한 국소물질량유속 분포가 튜브 내에서 급격하고도 비선형적으로 변화하는 해석 결과를 얻을 수 있었으며, 이로부터 입구 온도가 가습기 성능에 미치는 영향을 논의하였다.

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.110-112
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• 2006

Membrane electrode assembly (MEA) for polymer electrolyte fuel cell (PEFC) are commonly prepared in the research laboratory by spraying, screen-printing and brushing catalyst slurry onto membrane or other support material like carbon paper or polyimide film in a batch style. These hand applications of the catalyst slurry are painstaking process with respect to precision of catalyst loading and reproducibility. It has been generally mentioned that the adoption of continuous process is very helpful to develop the reliable product. In the present work, we report the results of using continuous type coater with doctor-blade to coat catalyst slurry for preparing the MEA catalyst layers In a faster and highly reproducible fashion. We show that while expectedly faster than batch style, the machine coater requires the use of slurry of appropriate composition and a properly selected transfer decal material in order to achieve superior MEA plat lnw loading reproducibility. To make highly viscous catalyst slurry that is imperative for using coater, we use 40wt.% Nafion solution and minimize the content of organic solvent. And the choice of proper high surface area catalyst is important in the viewpoint of making well-dispersed slurry. After catalyst coating onto the support material, we transferred the catalyst layer to both sides of Nafion membrane by hot-pressing In this case, the degree of transfer was Influenced by hot-pressing condition including temperature, pressure, and time. To compare the transferring ability, we compared so many films and detaching papers. And among the support, polyethylene terephthalate(PET) film shows the prominent result.