Dead-ended operation of Proton Exchange Membrane Fuel Cell(PEMFC) provides the simplification of fuel cell systems to reduce fuel consumption and weight of fuel cell. However, the water accumulation within the channel prohibits a uniform supply of fuel. Optimization of the purge strategy is required to increase the fuel cell efficiency since fuel and water are removed during the purge process. In this study, we investigated the average voltage output which depends on two interrelated conditions, namely, the supply gas pressure, purging valve open time. In addition, flow visualization was performed to better understand the water build-up on the anode side and cathode side of PEMFC in terms of a variety of the current density. We analyzed the correlation between the purge condition and water flooding.
Kim, Byoung-Whi;Choi, Eun-Chang;Park, Kwon-Chul;Kang, Seok-Youl
ETRI Journal
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제18권4호
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pp.315-338
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1997
We extend our previous theoretical analysis of electronic and optical properties of p-type quantum well structures based on the two heavy- and light-hole system to include all the three valence bands. These theories are then used to clarify the origin of the normal incidence absorption and photo current at photon wavelengths of 2 - 3 ${\mu}m$, which was observed in addition to the absorption around 8 ${\mu}m$ by a recent experimental investigation with heavily doped p-type GaAs/AlGaAs multi-quantum well (MQW) structures. In the theoretical analysis, the Hartree and exchange-correlation many-body interactions are taken into account within one-particle local density approximation, and it is shown that normal incidence absorption occurs in two wavelength regions over the transition energy range higher than barrier height for p-type GaAs/AlGaAs superlattices with well doping of $2{\times}10^{19}\;cm^{-3}$; one region has broad absorption peaks with coefficients of about 5000 $cm^{-1}$ around 8 ${\mu}m$, and the other has two rather sharp peaks at 2.7 ${\mu}m$ and 3.4 ${\mu}m$ with 1800 $cm^{-1}$ and 1300 $cm^{-1}$, respectively. The result indicates that the theory explains the experimental observation well, as the theoretical and experimental results are in close agreement in general absorption features.
Because of the low temperature operation, proton exchange membrane (PEM) fuel cell has a water phase transition. Therefore, water management is an important operation issue in a PEM fuel cell because the liquid water in the fuel cell causes electrode flooding that can lower the cell performance under high current density conditions. In this study, in order to understand the reactant distributions in the cathode channels of the PEM fuel cell, an experimental technique that can measure the species concentrations of reactant gases by using gas chromatograph (GC) is applied for an operating PEM fuel cell. The oxygen distribution along the cathode flow channels of PEM fuel cell is mainly investigated with various operating conditions. Also, the relations between cathode flooding and oxygen concentrations and oxygen consumption pattern along the cathode channel configurations of the unit cell adopted for this study are discussed using GC measurement and visualization experiment of cathode flooding. It is found that the amount of oxygen consumption is very sensitive to various operating conditions of the fuel cell and was much affected by the flooding occurrence in cathode channels.
The transient response of PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) is important criteria in the application of PEM fuel cell to real automotive system. In this work, using a transparent unit PEM fuel cell, the transient response and cathode flooding during load change are investigated. The cell voltage is acquired according to the current density change($0.3Acm^2$ to $0.6A/cm^2$) under various stoichiometry conditions and different flooding intensities, Also the cathode gas channel images are obtained by CCD imaging system simultaneously. The different level of undershoots appeared at the moment of load changes under different cathode stoichiometries and flooding intensities. It takes about 1s that the product water comes up onto the flow channel so that oxygen supply is temporarily blocked which causes voltage loss in that "undershoot". The correlation of the dynamic behavior with stoichiometry and cathode flooding is induced from the results of these experiments.
InP quantum dots capped by myristic acid (InP-MA QDs) were synthesized by a typical hot injection method using MA as stablizing agent. The current density across the InP-MA QDs thin film which was fabricated by spin-coating method is about $10^{-4}A/cm^2$ at the electric field of 0.1 MV/cm from I-V measurement on a metal-insulator-metal (MIM) device. The low conductivity of the InP-MA QDs thin film is interpreted as due to the long interdistances among the dots governed by the MA molecules. Therefore, replacing the MA with thioacetic acid (TAA) by biphasic ligand exchange was conducted in order to obtain TAA capped InP QDs (InP-TAA). InP-TAA QDs were designed due to: 1) the TAA is very short molecule; 2) the thiolate groups on the surface of the InP-TAA QDs are expected to undergo condensation reaction upon thermal annealing which connects the QDs within the QD thin film through a very short linker -S-; and 3) TAA provides better passivation to the QDs both in the solution and thin film states which minimizing the effect of surface trapping states.
The contactless power transfer (CPT) systems have been recently gaining popularity widely since it is an available option to realize the power delivery and storage with connector-free devices across a large air gap. Especially, the CPT with electromagnetic resonance coupling method is possible to exchange energy within 2 m efficiently. However, the power transfer efficiency of CPT in commercialized products has been limited because the impedance matching of coupled coils is sensitive. As a reasonable approach, we combined the CPT system with HTS wire technology and called as, superconducting contactless power transfer (SUCPT) system. Since the superconducting coils have an enough current density, the superconducting antenna and receiver coils at CPT system have a merit to deliver and receive a mass amount of electric energy. In this paper, we present the feasibility of the SUCPT system and examine the transmission properties of SUCPT phenomenon between room temperature and very low temperature at 77 K as long as the receiver is within 1.0 m distance.
Water management is one of many operating parameters, which influences the performance and stability of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Local humidity condition including liquid water saturation has profound impacts on the distributions of overpotentials, current density, and membrane water content. Computational fluid dynamics simulations were conducted to investigate the effect of the inlet humidity variation on the performance of a PEMFC of $9\;cm^2$ active cell area with serpentine flow fields. The results showed that the performance of the simulated PEMFC remained at an almost same level when the cathode inlet humidity was changed from 100% to 60%, while reaching its maximum at air humidity of 80%. However, further decrease in the cathode inlet humidity below 40% started to significantly deteriorate the performance of the PEMFC. The variations of overpotentials, membrane water content, etc. due to the change in the cathode inlet humidity were also discussed.
A stack in the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) consists of bipolar plates, a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, a collector and end plates. High current density is usually obtainable partially from uniform temperature distribution in the fuel cell. A size optimization method considering the thermal expansion effect of stacked plates was developed on the basis of finite element analyses. The thermal stresses in end, bipolar, and cooling plates were calculated based on temperature distribution obtained from thermal analyses. Finally, the optimization method was applied and optimum thicknesses of the three plates were calculated considering both fastening bolt tension and thermal expansion of each unit cell (72 cells, 5kW). The optimum design considering both thermal and mechanical loads increases the thickness of an end plate by 0.64-0.83% the case considering only mechanical load. The effect can be enlarged if the number of stack increases as in an automotive application to 200-300 stacks.
Corrosion characteristic of the duplex Al-Mg-Si alloys with low, commercial and high solute contents were studied using an anodic polarization test in 1M NaCl solution at room temperature. Polarization range condition of the experiment were form .0.3V to .1.3V with a 0.2 mV scanning speed. The exchange current density means corrosion rate of the low solute alloy was low as about $16.29{\mu}A/cm^2$, and that of the high solute alloy was high as $84.92{\mu}A/cm^2$. The difference was mainly attributed to the inter-granular precipitates $Mg_2Si$ and Si which could make a galvanic corrosion on the aluminum base. The amount of precipitates was greater in high solute alloy at mainly in grain boundary. While, the extruded alloys had better corrosion resistance than the cast alloy because the silicon precipitates become coarse during the extrusion process.
Stainless steels (AISI 316L) are carburized by Inductively coupled plasma using $CH_4$ and Ar gas. The ${\gamma}_c$ phase(S-phase) is formed on the surface of stainless steel after carburizing process. The XRD peak of carburized samples is shifted to lower diffracting angle due to lattice expansion. Overall, the thickness of ${\gamma}_c$ phase showed a linear dependence with respect to increasing temperature due to the faster rate of diffusion of carbon. However, at temperatures above 500, the thickness data deviated from the linear trend. It is expected that the deviation was caused from atomic diffusion as well as other reactions that occurred at high temperatures. The interfacial contact resistance (ICR) and corrosion resistance are measured in a simulated proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) environment. The ICR value of the carburized samples decreased from 130 $m{\Omega}cm^2$ (AISI 316L) to about 20 $m{\Omega}cm^2$. The sample carburized at 200 showed the best corrosion current density (6 ${\mu}Acm^{-2}$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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