• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.162-163
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• 2022

Maritime transportation is going to transfer to alternative fuels as a result of the worldwide demands toward decarbonization and tougher maritime emissions regulations. Methanol is considered as a potential marine fuel, which has the ability to reduce SOx and CO₂ emissions, reduce climate change effects, and achieve the objective of green shipping. This work proposes and combines the innovative combination system of direct methanol solid oxide fuel cells (SOFC), proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), gas turbines (GT), and organic Rankine cycles (ORC) for maritime vessels. The system's primary power source is the SOFC, while the GT and PEMFC use the waste heat from the SOFC to generate useful power and improve the system's ability to use waste heat. Each component's thermodynamics model and the combined system's model are established and examined. The multigeneration system's energy and exergy efficiency are 76.2% and 30.3%, respectively. When compared to a SOFC stand-alone system, the energy efficiency of the GT and PEMFC system is increased by 19.2%. The use of PEMFC linked SOFC has significant efficiency when a ship is being started or maneuvered and a quick response from the power and propulsion plant is required.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권3호
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• pp.305-309
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• 2016

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly (ether ether ketone) (sPEEK) MEA 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 막과 전극이 동시에 열화되는 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. sPEEK 막의 수소 투과도는 낮았지만, 저가습 OCV 조건에서 발생하는 라디칼에 Nafion과 같은 불소계막보다 sPEEK 막이 약했다. MEA 열화 실험 결과 144시간 후와 271시간 후 성능이 각각 15%와 65% 감소하였다. 144이후 급격한 성능감소의 주요인은 막에 발생한 핀홀의 Pt/C 입자에 의한 shorting 현상이라고 본다.

• 멤브레인
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• 제20권3호
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• pp.217-221
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• 2010

기존 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 단점을 극복하기 위해 고체전해질 알카라인연료전지(SAMFC)가 근래에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 술폰화 폴리벤지이미다졸(PBI) 유도체를 이용하여 SAMFC용 막을 제조하였다. 술폰화 폴리벤지이미다졸 유도체는 KOH에 의해 쉽게 도핑되고 도핑된 막은 높은 $OH^-$의 전도도와 기계적 강도를 보였다. 특히 sPBI-co-PBI (술폰화 PBI : 비술폰화 PBI = 75 : 25)의 경우, $90^{\circ}C$ 100% 상대습도 하에서 $2.98{\times}10^{-2}\;S/cm$의 높은 $OH^-$의 전도도를 보였다.

• Advances in Energy Research
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• 제2권2호
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• pp.73-84
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• 2014

Fuel cells of proton exchange membrane type (PEMFC) working with hydrogen in the anode and ambient air in the cathode ('air breathing') have been prepared and characterized. The cells have been studied with variable thickness of the cathode catalyst layer ($L_{CL}$), maintaining constant the platinum and ionomer loads. Polarization curves and electrochemical active area measurements have been carried out. The polarization curves are analyzed in terms of a model for a flooded passive air breathing cathode. The analysis shows that $L_{CL}$ affects to electrochemical kinetics and mass transport processes inside the electrode, as reflected by two parameters of the polarization curves: the Tafel slope and the internal resistance. The observed decrease in Tafel slope with decreasing $L_{CL}$ shows improvements in the oxygen reduction kinetics which we attribute to changes in the catalyst layer structure. A decrease in the internal resistance with $L_{CL}$ is attributed to lower protonic resistance of thinner catalyst layers, although the observed decrease is lower than expected probably because the electronic conduction starts to be hindered by more hydrophilic character and thicker ionomer film.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 춘계학술대회 논문집 에너지변화시스템부문
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• pp.266-268
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• 2009

In this paper, authors deal with a power conditioning system (PCS) of high efficiency for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) generation system. Fuel cells are a direct current (DC) power generators. They generate electricity through an electrochemical process that converts the energy stored in a fuel directly into electricity. Fuel cells have many benefits, which produce no particulate matter, nitrogen or sulfur oxides. And they have few moving parts and produce little or no noise. When fueled by hydrogen, they yield only heat and water as byproducts. Their wide application can reduce our dependence on fossil fuels and foreign sources of petroleum. This paper studies on a novel PCS circuit topology of high efficiency using in PEMFC generation system The controlling switches in the PCS is operated to soft switching. Some digital simulation results and experimental results for the proposed PCS is confirmed to the validity of the analytical results.

• 멤브레인
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• 제27권5호
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• pp.425-433
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• 2017

화석연료의 무분별한 사용에 따라 이산화탄소 배출 등 환경오염의 문제가 대두되면서, 전 세계적으로 신 재생에너지 및 친환경 에너지에 많은 연구가 이루어지고 있다. 연료전지는 전기에너지를 발생시키며 부산물로써 물만을 생성하는 친환경 에너지 발전 장치이다. 특히, 음이온 교환막을 이용한 알칼리 연료전지(Anion Exchange Membrane Alkaline Fuel Cell, AEMAFC)는 수소이온 교환막을 이용한 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)에 비해 보다 높은 촉매의 활성으로 인해 저가의 금속 촉매의 사용이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 AEMAFC에서 요구되는 AEM의 특성으로는 연료전지가 작동하는 높은 pH 조건에서 높은 이온전도도 뿐만 아니라 화학적 안정성이다. 본 연구에서는 화학적 안정성을 극대화 시키기 위하여 poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) 고분자에 spacer-type의 전도기를 도입함과 동시에 가교법을 이용하여 높은 이온전도도($80^{\circ}C$, $67.9mScm^{-1}$)와 기계적 성질(영률 : 0.53 GPa) 뿐만 아니라 높은 pH 조건에서 화학적 안정성($80^{\circ}C$, 1000 h, 6.8% loss of IEC)을 갖는 AEMAFC용 고분자 전해질 막으로써의 가능성을 제시하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.42-48
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• 2016

This study presents an experiment investigation on natural convection heat transfer of air-cooling Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) in a enclosure system for unmanned aerial vehicles (UAVs). Considered are replacing fuel cell stack with Aluminum block for heat generating inside a enclosure chamber. The volume ratio of fuel cell stack and chamber for simulation to the actual size of aerial vehicle is 1 to 15. The parameters considered for experimental study are the environmental temperature range from $25^{\circ}C$ to $-60^{\circ}C$ and the block heat input of 10 W, 20 W and 30 W. Effect of the thermal conductivity of the block and power level on heat transfer in the chamber are investigated. Experimental results illustrate the temperature rise at various locations inside the chamber as dependent upon heat input of fuel cell stack and environmental temperature. From the results, dimensionless correlation in natural convection was proposed with Nusselt number and Rayleigh number for designing air-cooling PEMFC powered high altitude long endurance (HALE) UAV.

• 전기화학회지
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• 제15권1호
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• pp.12-18
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• 2012

다양한 응용분야에서 활용될 수 있는 고체고분자연료전지의 경우 현재 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 것이 고가의 백금 촉매이다. 따라서 특히 최근 들어 산소환원반응에서 백금을 대체하는 물질을 개발하기 위한 연구가 전세계적으로 확산되고 있다. 그러나 촉매 개발 시 경제성 관점 외에 내구성도 고려해야 하는데, 이런 관점에서 백금과 유사한 물성과 활성이 기대되는 백금족 원소들이 한 대안이 될 것이다. 가장 백금과 유사한 물성, 활성을 나타내는 팔라듐과 칼코겐화물 형태의 루테늄이 지금까지 가장 많이 연구가 되었으며 상대적으로 이리듐, 로듐, 오스뮴은 산소환원 촉매로 많은 연구가 되지 않았다. RDE (rotating disk electrode)를 이용한 반쪽전지 실험이나 연료전지 MEA (membrane electrode assembly) 운전을 통하여 백금과 활성을 비교해보면 팔라듐 계열의 비백금 촉매가 가장 백금에 가까운 활성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이 논문에서는 각 백금족 원소들 기반의, 현재까지 문헌상으로 보고된 촉매조성들을 분석하여 비백금 산소환원 촉매 개발에 도움이 되고자 한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.510-515
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• 2004

A proton exchange membrane fuel cells(PEMFC) operate at low temperature, allowing for faster startups and immediate response to change in the demand for power, and also deliver high power density. To maximize economical efficiency in PEMPC, it is necessary to the optimization. Response surface method(RSM) has non-gradient and fast convergency characteristics. Sampling points are extracted by design of experiments using Central Composite Method. In this paper, it is shown that the optimization is required for the design study of the PEMFC.

• 멤브레인
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• 제32권5호
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• pp.292-303
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• 2022

이산화탄소 배출이 없는 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 수송용, 발전용 시스템에 적용 가능한 친환경 에너지 변환장치이다. PEMFC의 주요 구성품 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 구동시간 동안의 높은 수소 이온 전도도와 물리화학적 안정성 갖춘 과불소화계 고분자(perfluorinated sulfonic acid, PFSA) 기반 PEM (PFSA-PEM)이 상용화 되어있다. 하지만 PFSA-PEM의 단점으로 지적되는 낮은 유리전이온도와 높은 기체 투과도의 보완이 요구되고 있다. 이에 본 총설에서는 PFSA-PEM의 성능 향상 및 단점 보완을 위해 1) PFSA의 측쇄부 길이를 조절함으로써 이온교환용량의 증가와 고분자의 결정성을 증가시켜 PFSA-PEM의 능력을 향상시킨 연구와 2) 유/무기 첨가제를 도입하여 수소 이온 전도도 및 물리적 안정성을 향상시키는 복합 막 연구 및 3) 다공성 지지체를 도입하여 PEM의 두께를 효과적으로 감소시켜 막 저항을 효과적으로 줄이고 내구성을 큰 폭으로 개선한 다공-충진막에 관한 연구를 소개하고자 한다.