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.
Polymer membrane needs to maintain appropriate moisture. Insufficient moisture causes low conduction of hydrogen ion because of increased contact resistance between electrode and membrane by shrinking membrane, and abundant moisture decreases fuel cell performance as difficulty of diffusion reacting gas. Therefore, water controlling system is very consequential for the polymer membrane fuel cell. If hollow fiber membrane humidification is used between fuel and air lines, it is possible to supply heat to fuel and air by using thermal exchanger. It can supply appropriate humidity depending on operating temperature, and can recover heat from exhaust gas which contains water vapor and air. Because of simple structure of humidification system, this system can be easily applied in the PEMFC and cut down cost.
Seo, Seok-Jun;Woo, Jung-Je;Yun, Sung-Hyun;Park, Jin-Soo;Moon, Seung-Hyeon
Korean Membrane Journal
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제10권1호
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pp.46-52
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2008
Optimization of ionomer solution was conducted in order to improve the performance of MEAs in PEMPC. The interface between membrane and electrodes in MEAs is crucial region determining fuel cell performance as well as ORR reaction at cathode. Through the modification of Nafion ionomer content at the interface between membrane and electrodes, an optimal content was obtained with Nafion 115 membranes. Two times higher current density was obtained with the outer Nafion sprayed MEA compared with the non-sprayed one. In addition, the symmetrical impedance spectroscopy mode (SM) exhibited that the resistances of membrane area, proton hydration, and charge transfer decreased as the outer Nafion is sprayed. From the polarization curves and SM, the highest current density and the lowest resistance was obtained at the outer ionomer content of $0.15\;mg\;cm^{-2}$.
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)용의 새로운 고분자 전해질 멤브레인을 개발하기 위하여 스티렌 단량체를 poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) 필름에 그라프트 중합 반응시킨 후에 술폰화 반응을 진행하였다. $\Upsilon$-ray를 이용하여 방사선 그라프트 중합 반응시킨 방사선 그라프트 필름의 술폰화 반응은 chlorosulfonic acid/dichloroethane (5 v/v%) 혼합 용액에서 진행하였다. PFA 그라프트 폴리스티렌 멤브레인 (PFA-g-PSSA)의 화학적, 물리적, 전기화학적 및 형태의 특성은 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR), 이온전도도 측정기 및 주사전자현미경 (SEM)으로 분석하고 함수율과 메탄올 투과도도 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제작한 MEA의 단위전지 성능을 평가하였고, 전지의 셀 저항은 임피던스 분석 장치를 이용하여 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제조한 MEA는 Nafion 112로 제조한 MEA보다 우수한 DMFC 성능을 나타내었다.
Optimal flow-field design of bipolar-plates for a commercial class PEM(polymer electrolyte membrane) fuel cell stack was carried out on the basis of three-dimensional computational fluid dynamics(CFD) simulation. A three-dimensional CFD model originally developed by Shimpalee et al., has been utilized for performing large-scale simulation of a single fuel cell consisting of bipolar-plates gas diffusion layers, and a membrane-electrode-assembly(MEA). The CFD model is able to predict the current density, pressure drops, gas velocities, vapor and liquid water contents, temperature distributions, etc. inside a single fuel cell. Depending on simulation results from the CFD modeling of a PEM fuel cell, several flow-fields of bipolar-plates were designed and verified. The final design of the bipolar-plate has been chosen from the simulations and experimental tests and showed the best performance as expected from the simulation results under a normal operating condition. Thus, the CFD simulation approach to design the optimal flow-field of the bipolar-plates was successful. The final design was adopted as the best flow-field to build a commercial scale PEM fuel cell stack, the performance of which shows about 42% higher than that of the older bipolar-plate design.
Dinh, To Xuan;Thuy, Le Khac;Tien, Nguyen Thanh;Dang, Tri Dung;Ho, Cong Minh;Truong, Hoai Vu Anh;Dao, Hoang Vu;Do, Tri Cuong;Ahn, Kyoung Kwan
드라이브 ㆍ 컨트롤
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제16권2호
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pp.80-90
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2019
Fuel cell hybrid electric vehicle is an attractive solution to reduce pollutants, such as noise and carbon dioxide emission. This study presents an approach for energy management and control algorithm based on energetic macroscopic representation for a fuel cell hybrid electric vehicle that is powered by proton exchange membrane fuel cell, battery and supercapacitor. First, the detailed model of the fuel cell hybrid electric vehicle, including fuel cell, battery, supercapacitor, DC-DC converters and powertrain system, are built on the energetic macroscopic representation. Next, the power management strategy was applied to manage the energy among the three power sources. Moreover, the control scheme that was based on back-stepping sliding mode control and inversed-model control techniques were deduced. Simulation tests that used a worldwide harmonized light vehicle test procedure standard driving cycle showed the effectiveness of the proposed control method.
The aim of this paper is to analyze the performance of commercial fuel cell (rated capacity 1000W) with the help of resistive load and output power variation with change in H2 flow rate and calculate the maximum power point (MPP) of the proton exchange membrane (PEM) while changing AC and DC load respectively. The factors influencing the output power of a fuel cell are hydrogen flow rate, cell temperature, and membrane water content. The results show that when the H2 flow rate is changed from 11, 13, and 15 Lpm, MPP is increased from lower to higher flow rate. The power of the fuel cell is increased at the rate of 29% by increasing the flow rate from 11 to 15 lpm. This study will allow small-scale industries and residential buildings (in remote or inaccessible areas) to characterize the performance of PEMFC. Furthermore, fuel cell helps in reducing emission in the environment compared to fossil fuels. Also, fuel cells are ecofriendly as well as cost effective and can be the best alternative way to convert energy.
Yoon, Young-Gon;Choi, Insoo;Lee, Chang-Ha;Han, Jonghee;Kim, Hyoung-Juhn;Cho, EunAe;Yoo, Sung Jong;Nam, Suk Woo;Lim, Tae-Hoon;Yoon, Jong Jin;Park, Sehkyu;Jang, Jong Hyun
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제35권12호
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pp.3475-3481
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2014
This paper describes how primary contaminants in ambient air affect the performance of the cathode in fuel cell electric vehicle applications. The effect of four atmospheric pollutants ($SO_2$, $NH_3$, $NO_2$, and CO) on cathode performance was investigated by air impurity injection and recovery test under load. Electrochemical analysis via polarization and electrochemical impedance spectroscopy was performed for various concentrations of contaminants during the impurity test in order to determine the origins of performance decay. The variation in cell voltage derived empirically in this study and data reported in the literature were normalized and juxtaposed to elucidate the relationship between impurity concentration and performance. Mechanisms of cathode degradation by air impurities were discussed in light of the findings.
알칼리막 연료전지에 사용되는 음이온 교환막은 OH-을 전달하는 역할을 하며 연료전지의 성능에 많은 영향을 미친다. 따라서 음이온 교환막의 정확한 OH- 전도도를 측정하는 것은 매우 중요하다. 그러나 OH-은 대기 중의 CO2에 의해 중탄산염 형태로 쉽게 피독되어 전해질막의 정확한 OH- 전도도를 측정하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 음이온 교환막의 정확한 OH- 전도도를 측정하기 위하여 전기화학적 이온교환 처리법을 검증하였다. 또한 CO2에 노출된 전해질막의 거동을 OH- 전도도 변화를 통하여 확인하였다. 상용 음이온 교환 막인 Fumatech사의 FAA-3-50과 Orion Polymer사의 Orion TM1와 함께 본 연구 그룹에서 개발한 QPP-6F를 사용하여 정확한 OH- 전도도 측정 및 CO2 피독 효과에 대해서 분석하였다.
The performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is seriously changed by the humidification condition which is intrinsic characteristics of the PEMFC. Typically, the humidification of fuel cell is carried out with internal or external humidifier. A membrane humidifier is applied to the external humidification of residential power generation fuel cell due to its convenience and high performance. In this study, a simple static model is constructed to understand the physical phenomena of the membrane humidifier in terms of geometric parameters and operating parameters. The model utilizes the concept of shell and tube heat exchanger but the model is also able to estimate the mass transport through the membrane. Model is constructed with FORTRAN under Matlab/$Simulink^{(R)}$$\Box$environment to keep consistency with other components model which we already developed. Results shows that the humidity of wet gas and membrane thickness are critical parameters to improve the performance of the humidifier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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