Kim, Han-Sang;Min, Kyoung-Doug;Jeon, Soon-Il;Kim, Soo-Whan;Lim, Tae-Won;Park, Jin-Ho
New & Renewable Energy
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v.1
no.4
s.4
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pp.43-48
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2005
This study presents the integrated modeling approach to simulate the proton exchange membrane [PEM] fuel cell system for vehicle application. The fuel cell system consisting of stack and balance of plant (BOP) was simulated with MATLAB/Simulink environment to estimate the maximum system power and investigate the effect of BOP component sizing on system performance and efficiency. The PEM fuel cell stack model was established by using a semi-empirical modeling. To maximize the net efficiency of fuel cell system, multi-variable optimization code was adopted. Using this method, the optimized operating values were obtained according to various system net power levels. The fuel cell model established was co-linked to AVL CRUISE, a vehicle simulation package. Through the vehicle simulation software, the fuel economy of fuel cell powered electric vehicle for two types of driving cycles was presented and compared. It is expected that this study can be effectively employed in the basic BOP component sizing and in establishing system operation map with respect to net power level of fuel cell system.
I.H. Oh;S.J. Shin;J.H. Jo;Park, S.K.;H.Y. Ha;S.A. Hong;S.Y. Ahn;Lee, Y.C.;S.A. Cho
Journal of Energy Engineering
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v.11
no.3
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pp.254-261
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2002
The fabrication method for the main components of the polymer electrolyte membrane fuel cell stack such as electrodes, membrane-electrode assemblies, and bipolar plates was established for the effective electrode area of 240 ㎠. A counter-flow type 100-cell stack was fabricated by using the above components and then a maximum power of 7.44 kW for H$_2$/O$_2$ and 5.56 kW for H$_2$/air could be obtained at 70$\^{C}$ and 1 atm. It was seen that the distribution of the OCV for unit cells in the stack was uniform but the voltage deviation increased as the load increased due to the IR drop and the electrode polarization. The stack was applied to the power source of the fuel cell/battery hybrid electric golf car. It produced about 1 kW at a room temperature operation during the test run, which occupied about 43% of the total power required by the 2.3 kW motor.
Jo, A-Rae;Kang, Kyung-Mun;Oh, Sung-Jin;Ju, Hyun-Chul
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.15
no.5
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pp.11-19
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2012
The main function of fuel cell manifold is to render reactants distribution as uniform as possible into a fuel cell stack. The purpose of this study is to numerically investigate the effects of stack manifold design on reactants distribution within a fuel cell stack. Four manifold designs with different manifold entrance shapes (expansion or diffuser) and different values of the extra width between the cell outer channel and manifold side wall are considered and applied to the fuel cell stack consisting of 50 cells. Since the fuel cell stack geometry involves several millions of grid points for numerical calculations, a parallel computing methodology is employed to substantially reduce the computational time and overcome the memory requirement. The numerical simulations are carried out and calculated results clearly demonstrate that both the manifold entrance shape and extra width have a substantial influence on manifold performance, controlling the degree of flow separation and entrance length for fully developed flow in the manifold channel. Finally, we suggest the optimum design of fuel cell manifold based on the simulation results.
Park, Jeonghee;Lee, Changha;Kwon, Hyuckryul;Kim, Chimyung;Choi, Kyusung
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.49-55
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2015
In this study, among in various scenarios of the duration degradation of the fuel cell, countermeasures for the cathode carbon carrier oxidation and the deactivation of catalyst by hydrogen / air interface formation have been studied. so the system was applied to the air cutoff valve. In terms of the component, the cold start performance, electrical stability, the airtight performance were mainly designed and their performance was confirmed. And in terms of the system, the air electrode flow is blocked off, so the oxygen concentration drops when system is powered off, As a result, By reducing unit cell voltage which affect the durability of the fuel cell reached up to 0.8V, the improved durability of the fuel cell was confirmed.
The focus of this paper is to develop a mathematical model for investigating the dynamic performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell. The model in this work is based on physical laws having clear significance in replicating the fuel cell system and can easily be used to set up different operational strategies. Simulation results display the transient behavior of the voltage within each single cell, and also within a number of such single cells combined into a fuel cell stack system. A linear as well as a nonlinear analysis of the polymer electrolyte membrane fuel cell system(PEMFC) has been discussed in order to present a complete and comprehensive view of this kind of modeling. Also, a comparison of the two kinds of analysis has been performed. Finally, the various characteristics of the fuel cell system are plotted in order to help us understand its dynamic behavior. Results indicate that there is a considerable amount of error in the modeling process if we use a linear model of the fuel cell. Thus, the nonlinearities present in the fuel cell system should be taken into account in order to obtain a better understanding of the dynamic behavior of the fuel cell system.
In this paper, the development and performance analysis of a fuel cell-powered unmanned aerial vehicle is described. A fuel cell system featuring 1 kW proton exchange membrane fuel cell combined with a highly pressurized fuel supply system is proposed. For the higher fuel consumption efficiency and simplification of overall system, dead-end type operation is chosen and each individual system such as purge system, fuel supply system, cooling system is developed. Considering that fluctuation of exterior load makes it hard to stabilize fuel cell performance, the power management system is designed using a fuel cell and lithium-ion battery hybrid system. After integration of individual system, the performance of unmanned aerial vehicle is analyzed using data from flight and laboratory test. In the result, overall system was properly operated but for more duration of flight, research on weight lighting and improvement of fuel efficiency is needed to be progressed.
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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v.35
no.12
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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.
A clear understanding on cell voltage-reversal behavior due to local hydrogen starvation in a stack is of paramount importance to operate the fuel cell vehicle (FCV) stably since it affects significantly the cell performance and durability. In the present study, a novel experimental method to simulate the local cell voltage-reversal behavior caused by local hydrogen starvation, which typically occurs only one or several cells out of several hundred cells in a stack of FCV, has been proposed. Contrary to the conventional method of overall fuel starvation, the present method of local hydrogen starvation caused the local cell voltage-reversal behavior in a stack very well. Degradation of both membrane electrode assembly (i.e., pin-hole formation) and gas diffusion layer due to an excessive exothermic heat under voltage-reversal condition was also observed clearly.
A Dead-end mode operation is one of the best way to maximize the gas usage rate. But, some components of fuel cell stack like gas diffusion layer(GDL) or membrane can be damaged in dead-end mode operation. In this study, a Large Scale Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) for a dead-end operation has been developed. The stack is composed with 4 cells which has over 400cm2 of active area. Hydrogen is used as a fuel, and oxygen is used as a oxidant. The dead-end operation performance was evaluated by a long-term dead-end mode operation. The fuel cell stack is operated over 1,500 hours in dead-end mode operating fuel cell test station. And the performance change of the fuel cell stack was investigated.
Kim, Jae-Choon;Lee, Yong-Taek;Chung, Jin-Taek;Kim, Yong-Chan;Hwang, In-Chul
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2005.12a
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pp.759-764
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2005
In this paper, numerical analysis of hydrogen recycle system has been conducted in order to enhance the efficiency of automotive fuel cell. Generally, the excess hydrogen is provided in the automotive fuel cell. Since the non-reaction hydrogen reduces automotive fuel cell efficiency, reuse of the non-reaction hydrogen can be helpful to improve the fuel cell performance. In case of PEM FC, the water vapor is provided to hydrogen from the cathode so that the mixture experiences phase change depending on the changes of pressure and temperature. The internal flow of the mixture in the hydrogen recirculation system of fuel cell was investigated for real flow conditions. The variation of performance, properties and mass fractions of mixture, hydrogen and water-vapor were investigated. This study was performed based on 80KW level automotive fuel cell's recycling system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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