In this study, crosslinked copolyimides with random (r-) and block (b-) structure were fabricated using N,N-bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid and pentanediol as crosslinkers. Linear r- and b-sulfonated copolyimides were also fabricated for comparison. Ion exchange capacities of r- and b-copolyimides were very similar to each other owing to their strong dependence of sulfonic acid content. The physical crosslinking via dimerization of carboxylic acid groups induced a reduced average interchain distance in b-copolyimide without crosslinkers. Consequently, its water uptake and methanol permeability were lower than those of r-sulfonated copolyimides. Simultaneously, the reduced interchain distance increased the content of fixed-charged ions per unit volume. The high fixed-charged ion density contributed to an enhancement of proton conductivity In the b-sulfonated copolyimide. Crosslinking caused the reduction of average interchain distance between polymer chains irrespective of types of crosslinker and polymer structure, leading to low methanol permeability. On the contrary, their proton conductivity was improved owing to formation of effective hydrophilic channels responsible for proton conduction. In particular, this trend was observed in r-copolyimide containing a fixed charged ion.
This paper presents a two stage three-phase proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) generation system. When the system is connected to a three-phase load, it is very sensitive to the characteristics and type of the load. Especially unbalanced three-phase loads, which result in a pulsating power that is twice the output frequency at the inverter output, and cause the dc-link to generate low frequency ripples. This penetrates to the fuel cell side through the front-end dc-dc converter, which makes the fuel cell work in an unsafe condition and degrades its lifespan. In this paper, the generation and propagation mechanism of low frequency ripple is analyzed and its impact on fuel cells is presented based on the PEMFC output characteristics model. Then a novel method to evaluate low frequency current ripple control capability is investigated. Moreover, a control scheme with bandpass filter inserted into the current feed-forward path, and ripple duty ratio compensation based on current mode control with notch filter is also proposed to achieve low frequency ripple suppression and dynamic characteristics improvement during load transients. Finally, different control methods are verified and compared by simulation and experimental results.
New composite membranes were manufactured by impregnating post-sulfonated poly(arylene ether sulfone)s containing perfluorocyclobutane (PFCB) groups into porous polytetrafluoroethylene (PTFE) films. Two kinds of post-sulfonated poly(arylene ether sulfone)s with two different monomer ratios (sulfonable biphenylene monomer : non-sulfonable sulfonyl monomer = 6 : 4, 4 : 6) were first prepared through three synthetic steps: synthesis of trifluorovinylether-terminated monomers, thermal cycloaddition polymerization and post-sulfonation using chlorosulfonic acid (CSA). The composite membranes were then prepared by adjusting the concentrations (5~20 wt%) of the resulting copolymers impregnated in the PTFE films. The water uptake, ion exchange capacity (IEC) and ion conductivity of the composite membranes were characterized and compared with their unreinforced dense membranes and Nafion. All the synthesized compounds, monomers and polymers were characterized by $^1H$-NMR, $^{19}F$-NMR and FT-IR and the composite membranes were observed with scanning electron micrographs (SEM).
Polybenzimidazole (PBI) based membranes have evolved in literature as a popular membrane material for various applications in the past two decades because of their high temperature thermal durability, strong mechanical and tensile properties, high glass transition temperature (Tg), ion conduction ability at elevated temperature (up to 200℃), oxidative or chemical durability along with robust network like structural rigidity, which make PBI membranes suitable for various potential applications in chemically challenging environments. Ion conducting PBI based membranes have been extensively utilized in high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC). In addition, PBI based membranes have been vastly utilized for the development of gas separation membranes and organic solvent nanofiltration (OSN) membranes for their unique characteristics. This review will cover the recent progress and application of various types of flat sheet PBI based membranes for HT-PEMFC, gas separation and OSN application.
Min Gwan, Ha;Donghoon, Shin;Jeawoo, Jung;Emilio, Audasso;Juhun, Song;Yong-Tae, Kim;Hee-Young, Park;Hyun S., Park;Youngseung, Na;Jong Hyun, Jang
Journal of Electrochemical Science and Technology
/
v.13
no.4
/
pp.462-471
/
2022
In this study, the electrochemical impedance characteristics of CO2/H2O co-reduction to produce CO/H2 syngas were investigated in a low-temperature single cell. The effect of the operating conditions on the single-cell performance was evaluated at different feed concentrations and cell voltages, and the corresponding electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data were collected and analyzed. The Nyquist plots exhibited two semicircles with separated characteristic frequencies of approximately 1 kHz and tens of Hz. The high-frequency semicircles, which depend only on the catholyte concentration, could be correlated to the charge transfer processes in competitive CO2 reduction and hydrogen evolution reactions at the cathodes. The EIS characteristics of the CO2/H2O co-reduction single cell could be explained by the equivalent circuit suggested in this study. In this circuit, the cathodic mass transfer and anodic charge transfer processes are collectively represented by a parallel combination of resistance and a constant phase element to show low-frequency semicircles. Through nonlinear fitting using the equivalent circuit, the parameters for each electrochemical element, such as polarization resistances for high- and low-frequency processes, could be quantified as functions of feed concentration and cell voltage.
Membrane electrode assemblies (MEAs) for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have been extensively studied to improve their initial performance as well as their durability and to facilitate the commercialization of fuel cell technology. To improve the MEA performance, particularly at low Pt loadings, many approaches have been made. In the present study, MEA performance improvement was performed by adding $TiO_2$ particles into the catalyst layer of MEA. Most of previous studies have focused on the MEA performance enhancement under low humidity conditions by adding metal oxides into the catalyst layer mainly due to the water keeping ability of those metal oxides particles such as $Al_2O_3$, $SiO_2$ and zeolites. However, this study mainly focused on the improvement of MEA performance under fully humidified normal conditions. In this study, the MEA was prepared by decal method aiming for a continuous MEA fabrication process. The decal process can make very thin and uniform catalyst layer on the surface of electrolyte membrane resulting in very low interfacial resistance between catalyst layer and the membrane surface and uniform electrode structure in the MEA. It was found that the addition of $TiO_2$ particles into the catalyst layer made by decal method can minimize water flooding in the catalyst layer, resulting in the improvement of MEA performance.
Water management is considered to be one of the main issues to be addressed for the performance improvement of proton exchange membrane (PEM) fuel cell. For good water management, the detailed information on the water distribution inside an operating PEM fuel cell should be available to main an adequate level of hydration in the PEM While avoiding performance decline due to liquid rater flooding. For the PEM fuel cell to be commercially viable as vehicle applications, the flooding on the cathode side should be minimized during the fuel ceil operation. In this study to investigate cathode flooding and its relation with temperature distribution in flow channels, visualization study was performed on the cathode side of a PEM fuel cell. For the direct visualization of temperature field and water transport in cathode flow channels, a transparent cell was designed and manufactured using quartz window. Water transport and its two-phase flow characteristics in flow channels were investigated experimentally. Also, the visualization of temperature distribution In cathode flow channels was made by using IR camera. Results indicated that the temperature rise near the exit of cathode flow channel was found. It is found that this area corresponds to the flooding area from both temperature and flooding visualization results It is expected that this study can effectively contribute to get the detailed data on water transport linked with heat management during the operation of a PEM fuel cell
Seo, Jung-Geun;Kwon, Jun-Taek;Kim, Jun-Bum;Chung, Jong-Tae;Kim, Woo-Sik
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
/
v.18
no.4
/
pp.432-438
/
2007
The reforming process for hydrogen production generates some impurities. Impurities in hydrogen such as $CO_2$, CO, $H_2S$, $NH_3$ affect fuel cell performance. It is well known that CO generated by the reforming process may negatively affect performance of cell, cause damage on catalysts resulting performance degradation. Hydrogen produced by reforming process includes about 2% methane. The presence of methane up to 10% is reported negligible degradation in cell performance. However, methane more than 10% in hydrogen stream had not been researched. The concentration of impurity supplied to the fuel cell was verified by gas chromatography(GC). In this study, the influence of $CH_4$ on performance of PEM fuel cell was investigated by means of current vs. potential experiment, long run(10 hr) test and electrochemical impedance measurement when the concentrations of impurities were 10%, 20% and 30%.
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
/
v.24
no.1
/
pp.50-60
/
2013
High temperature proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) using phosphoric acid (PA) doped polybenzimidazole (PBI) membranes have been concentrated as one of solutions to the limits with traditional low temperature PEMFCs. However, the amount of reported experimental data is not enough to catch the operational characteristics correlated with cell performance and durability. In this study, design of experiments (DOE) based operational optimization method for high temperature PEMFCs has been proposed. Response surface method (RSM) is very useful to effectively analyze target system's characteristics and to optimize operating conditions for a short time. Thus RSM using central composite design (CCD) as one of methodologies for design of experiments (DOE) was adopted. For this work, the statistic models which predict the performance and degradation rate with respect to the operating conditions have been developed. The developed performance and degradation models exhibit a good agreement with experimental data. Compared to the existing arbitrary operation, the expected cell lifetime and average cell performance during whole operation could be improved by optimizing operating conditions. Furthermore, the proposed optimization method could find different new optimal solutions for operating conditions if the target lifetime of the fuel cell system is changed. It is expected that the proposed method is very useful to find optimal operating conditions and enhance performance and durability for many other types of fuel cell systems.
Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) nanofibers were prepared by electrospinning. The nanofibrous membrane for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) was fabricated by compression molding. The maximum degree of sulfonation was 95% and the initial thermal degradation temperature was $280^{\circ}C$ and it's value was lower than that of PEEK. The contact angle of SPEEK increased with decreasing the degree of sulfonation. The optimum voltage, flow rate, tip to collector distance (TCD) and concentration of electrospinning conditions were 22 kV, 0.3 mL/hr, 15 cm, and 23 wt%, respectively. The average nanofibrous diameter was 47.6 nm. The water uptake and ion exchange capacity of SPEEK nanofibrous membrane increased with increasing the sulfonation time and the amount of sulfonating agent. The electrical resistance and proton ionic conductivity of SPEEK membrane increased with decreasing and increasing the sulfonation time, respectively. Their values were 0.58~0.06 ${\Omega}{\cdot}cm^2$and 0.099 S/cm.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.