The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system has many potential uses as an environmentally friendly power source. Carbon fiber composite bipolar plates are highly corrosion resistant and have high specific strength and stiffness in acidic environments, however, the relatively low electrical conductivity is a major issue which reduces the efficiency of PEMFC. In this study, electrically conductive particles (graphite powder and carbon black) are applied to carbon-epoxy composite prepregs to reduce the electrical resistance of the bipolar plates. The electrical resistance and mechanical properties are measured using conventional test methods, and a unit cell performance evaluation of developed carbon composite bipolar plates is performed to compare with the conventional bipolar plate.
The electromagnetic (EM) absorption or shielding characteristics of a material is an important issue not only for military purpose but also for commercial purposes such as radar, electric or telecommunication devices. In order to design the effective electromagnetic wave absorber, the electromagnetic characteristics of the constituents of the material should be available in target frequency band. Also, it must be possible to predict the electromagnetic properties of absorbers with respect to the content of lossy ingredients. In this study, the dielectric properties of unsaturated polyester resins containing nano-size conductive carbon black powder were measured with a free space method in the X-band frequency range and analyzed with respect to the content of carbon black. Finally, the method for estimating the dielectric properties of polymeric resin containing conductive carbon black with respect to the EM frequency was developed and verified.
Manufacture of nancomposites has simple process for developing nanocomposites due to the increasing applications using nanofillers. This work studied nanofiller coated glass fiber for reinforcing material with good wetting and conductivity and the morphology of nanofiller coated glass fiber was analyzed by FE-SEM. The durability of reinforced glass fiber was investigated with different shapes of nanofillers using sonication rinsing method. Fatigue test was performed to evaluate the adhesion of reinforcing interface and stability of nanofiller coating layer for single fiber reinforced composites. Apparent modulus and conductivity of nanofiller coating layer were evaluated to realize multifunctional of nanocomposites. Fiber type of nanofiller was better than plate type due to better cohesion between fiber and nanofillers. At last, the stability of fiber type nanofiller of coating layer has better durability and conductivity than plate type case.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1037-1046
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2016
In this study, to enhance the electrical insulation of composite specimens in addition to the improved mechanical properties, the epoxy composite were reinforced with carbon nanotubes and silica particles. Tensile strength, Young's modulus, dynamic mechanical behavior, and electrical resistivity of the specimens were measured with varied contents of the two fillers. The mechanical and electrical properties were discussed, and the experimental results related to the mechanical properties of the specimens were compared with those from several micromechanics models. The hybrid composites specimens with 0.6 wt% of carbon nanotubes and 50 wt% of silica particles showed improved mechanical properties, with increase in tensile strength and Young's modulus up to 11% and 35%, respectively, with respect to those of the baseline specimen. The electrical conductivity of the composite specimens with carbon nanotubes filler also improved. Further, the electrical insulation of the hybrid composites specimens with the two fillers improved in addition to the improvement in mechanical properties.
Although thermoset carbon fiber composite bipolar plates not only have high mechanical properties but also high corrosion resistance in acid environment, high manufacturing cost and low bulk electrical conductivity are the biggest obstacle to overcome. In this research, thermoplastic polymer is employed for the matrix of carbon composite bipolar plate to increase both the manufacturing productivity and bulk electric conductivity of the bipolar plate. In order to increase the electrical conductivity and strength, plain type carbon fabric rather than chopped or unidirectional fibers is used. Also nano particles are embedded in the thermoplastic matrix to increase the bulk resistance of the bipolar plate. The area specific resistance and the mechanical strength of the developed bipolar plate are measured with respect to the environmental temperature and stack compaction pressure.
Kim, Hak-Soo;Kwon, Dong-Jun;Wang, Zuo-Jia;Gu, Ga-Young;Kim, Dae-Sik;Lee, Chun-Soo;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.26
no.3
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pp.201-206
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2013
The electrical resistance measurement was investigated as a damage monitoring method. In this study, 0.5 wt% Carbon nanotube reinforced polypropylene (CNT/PP) composites were evaluated under compressive fatigue loading. The shape of specimens was $20^{\circ}$ curved round type. Compression strength and electrical resistance were measured at different sections of specimen during compression. The microcracks of CNT/PP composites were detected based on the changing ratio of electrical resistance. Micro-damage during compressive fatigue test could be detected by electrical resistance measurements. The reason is that the contact points of CNTs in composites decreased under fatigue loading. During compressive fatigue test, larger change of electrical resistance was detected at the microcrack sections. It was proved that microcracks could be detected by electrical resistance measurement under compression test, whereas the real delamination parts were consistent with the predicted results by electrical resistance measurement.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.6
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pp.415-421
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2023
In this study, the piezoresistive properties of cementitious composites enhanced with carbon nanotubes for improved electrical conductivity were analyzed using a deep learning-based transformer algorithm. Experimental execution was performed in parallel for acquisition of training data. Previous studies on mixture design, specimen fabrication, chemical composition analysis, and piezoresistive performance testing are also reviewed in this paper. Notably, specimens in which fly ash substituted 50% of the binder material were fabricated and evaluated in this study, in addition to carbon nanotube-infused specimens, thereby exploring the potential enhancement of piezoresistive characteristics in conductive cementitious materials. The experimental results showed more stable piezoresistive responses in specimens with fly-ash substituted binder. The transformer model was trained using 80% of the gathered data, with the remaining 20% employed for validation. The analytical outcomes were generally consistent with empirical measurements, yielding an average absolute error and root mean square error between 0.069 to 0.074 and 0.124 to 0.132, respectively.
SiC fiber reinforced $Si_3N_4$ matrix composites combined with electrical conductive phases of carbon fiber and WC powder fabricated by hot pressing at 1773K. The ability to predict fracture in the ceramic matrix composites was evaluated by measuring simultaneous load-deflection and electrical resistanc difference-deflection curves in four point bending tests. The changes in electrical resistance differences closely corresponded to the fracture behavior of the composites. Different electrical conductive phases are suited to predicting different stages and rates of fracture. These obsevations how that it is possible to perform "in situ" fracture detection in ceramic composites.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.9-14
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2004
An approximate relationship of the strain and applied potential was derived for SWNTs and conductive polymer composite actuator. During the deriving process, we used an electrochemical system to model the electromechanical actuation of the composite film. This relationship can give us a direct understanding to the actuation of a nanoactuator
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.214-214
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2003
고체 고분자 전해질에 대한 연구는 1979년 wright와 Armand에 처음 시작된 이래로 지난 20여년간 연구가 계속적으로 지속되고 있다. 전지의 적용되기 위해 전해질이 갖추어야 할 조건중에 이온전도도가 상온에서 10-4 S/cm 이상의 전도도를 나타내야 하지만 지금까지 연구되고 있는 여러 고체 고분자 전해질은 이런 조건을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이런 상온에서의 이온 전도성을 향상시키기 위해 여러 종류의 실리카와 세라믹 계열의 첨가제를 첨가하여 이온전도성의 향상을 꾀하고자 하였다. 본 연구에서는 고체 고분자 전해질의 host polymer로써 분자량 400,000 의 Polyethylene oxide를 사용하였으며 Lithuim salt로는 Lithium (bisperfluroethylsulfonyl)imide(3M)를 기본적으로 사용하였다. 여기에 가소제의 역활로써 (3-cyanopropyl)methylsiloxane cyclics를 첨가하였고 표면그룹이 CH3와 OH기로 이루어진 기능성 나노 실리카를(<11nm)이용하여 함량별 전기 화학적 특성 및 기본 물성을 측정하였다. 기본적으로 이 네 가지 물질을 유기용매 Acetonitril에 잘 용해하여 Solid Casting방법으로 80-100 마이크로의 복합고분자 전해질을 제조하였다. Homogeneous하고 uniform한 필름 제조하기 위해 9$0^{\circ}C$에서 열처리를 24h 동안 실시하였다. 제조되어진 복합고분자전해질은 XRD를 통하여 결정성을 조사하였고 DSC를 이용하여 유리 전이온도 및 결정화도를 조사하였다. 복합고체고분자의 전기화학적 성질을 평가하기 위해 blocking electrode를 제작하여 임피던스 스펙트로 스코피를 이용하여 이온전도성을 측정하였다. 또한 복합 고분자 전해질의 온도의존성에 대해서도 조사하였다. 또한 실제 전지의 작동구간에서의 전해질의 안정성을 확인하기 위해 LSV를 측정하였고. Li metal을 사용하여 non-blocking electrode를 제작하여 복합고분자 전해질과의 계면저항을 측정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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