GDL(Gas Diffusion Layer) is one of the main components of PEM fuel cell. It transports reactants from the channel to the catalyst and removes reaction products from the catalyst to the channels in the flow filed plate. It is known that higher permeability of GDL can make it possible to enhance the gas transport through GDL, leading to better performance. And MEA's temperature is determined by gas and heat transport. In this paper, three dimensional numerical simulation of PEM fuel cell of parallel channel and serpentine channel by the permeability of GDL is presented to analysis heat and mass transfer characteristics using a FLUENT modified to include the electrochemical behavior. Results show that in the case of parallel channel, performance variation with change of permeability of GDL was not so much. This is thought because mass transfer is carried out by diffusion mechanism in parallel channel. Also, in the case of serpentine channel, higher GDL permeability resulted in better performance of PEM fuel cell because of convection flow though GDL. And mass transfer process is changed from convection to diffusion when the permeability becomes low.
An investigation was carried out to study the feasibility of tofu preparation with using isolated soyprotein(ISP) only. The ISP tofu was prepared by boiling the ISP suspension for 2 min before addition of coagulants. Effects of coagulants($CaSO_{4},\;CaCl_{2}\;MgCl_{2}\;GDL$) and coagulation temperature in the range of $2{\sim}95^{\circ}C$ were studied on the amounts of coagulants required, size and shape of coagulates, volume yield and textural properties of tofu. It was found that amounts of coagulants and tofu volume was significantly reduced and the larger and cloud-like shape was obtained as the coagulation temperature increased. A rather precipitation was occured under $40\;or\;50^{\circ}C$, which caused difficulty for tofu formation by pressing. GDL and $CaSO_{4}$ showed higher yields than those of $CaCl_{2}\;and\;MgCl_{2}$ at low temperature range and little difference at high temperature. In the textural properties of hardness, brittleness and gumminess of tofu were almost lineary and rapidly increased as the coagulation temperature increased where $CaCl_{2}\;and\;GDL$ produced highest and lowest of those values, respectively. The elasticity was reduced as the temperature increased for those made with $MaCl_{2},\;CaSO_{4}\;GDL\;and\;CaCl_{2}$, tofu showed little change.
Optimization study was carried out to improve the durability of the gas diffusion layer (GDL) in alkaline fuel cell cathode by the use of highly stable PDMS superhydrophobic coating. Two different commercial GDLs were selected as substrates. Coating temperature and viscosity of PDMS were controlled for the stability of structure in microporous layer of GDL as well as uniform coating according to thermal characteristics of GDL. Regardless of PDMS viscosity, highly stable superhydrophobicities were obtained with both GDLs at $200^{\circ}C$. After the accelerated test, however, 28BC GDL coated with 1000 CS PDMS showed the best durability with the lowest loss of superhydrophobicity.
Proper water management is crucial for the efficient operation of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell. Especially, for automotive applications, A novel water management that can avoid both membrane dry-out and flooding is a very important task to achieve good performance and efficiency of PEM fuel cells. The aim of this study is to investigate the liquid water behavior on the gas diffusion layer (GDL) surface and in the cathode flow channel of a PEM unit fuel cell under flooding conditions. For this purpose, a transparent unit fuel cell is devised and fabricated by modifying the conventional PEM fuel cell design. The results of water droplet behavior under flooding conditions are mainly presented. The water distributions in the cathode flow channels with cell operating voltage are also compared and analyzed. Through this work, it is expected that the data obtained from this fundamental study can be effectively used to establish the basic water management strategy in terms of water removal from the flow channels in a PEM fuel cell stack.
Soybean curd has been known as one of the most favorite traditional Korean foods as well as being high in protein. Each concentration of added natural materials soybean curds was chosen as 4% of carrot, 10% of cucumber, 1.0% of spinach and 0.05% of green tea powder. The yield of soybean curd containing natural materials was similar to that of non-containing curd. According to add GDL as coagulant, the yield of soybean curd containing natural materials was the highest. The turbidity of added natural material soybean curds was the highest coagulated with $CaCl_2$, but soybean curd containing green tea had the highest turbidity in the coagulated with GDL. In the chromaticity and texture properties of the additive natural materials in yhe soybean curd, the variety of additives had no effect. In the composition of natural materials, the carotenoid and chlorophyll content of soybean curds were high with $MgCl_2$ and $CaCl_2$ but polyphenol was high use of $CaSo_4$ and GDL.
Quality characteristics and antioxidant activity of spirulina with added tofu were investigated in the presence of different coagulants ($CaSO_4$, $MgCl_2$, Glucono delta lactone (GDL), vinegar). The yield of the spirulina tofu was the highest when coagulated with GDL. The pH of spirulina tofu with $MgCl_2$ was the highest compared to those of other coagulants. The tumidity of spirulina tofu was the highest with $MgCl_2$. In the color analysis of spirulina tofu, the L (lightness) value was the highest with $CaSO_4$, whereas a (redness) value was the highest with $MgCl_2$. C-phycocyanin contents were the highest with the $CaSO_4$. Phycoerythrin of spirulina tofu for vinegar was 0.194 mg/mL, and GDL content was 0.214 mg/mL. Additionally, the antioxidant activity of spirulina tofu was the highest with $MgCl_2$$IC_{50}$ values of the DPPH radical scavenging activity of spirulina tofu with $MgCl_2$ was 89.2 mg/g, GDL 93.5 mg/mL, $CaSO_4$ 116.7 mg/mL, and vinegar 118.0 mg/mL. The texture analyses (TPA) results showed that hardness was in the order of vinegar>$MgCl_2$>GDL>$CaSO_4$. For the overall acceptability of the preference test, the spirulina tofu that was made using $MgCl_2$ coagulant had the highest score. Based on these results, it is suggested that $MgCl_2$ is the proper coagulant for the preparation of spirulina with added tofu.
Kim, Han-Sang;Ji, Yong-Whi;In, Ji-Hyun;An, Ji-Yong
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.24
no.1
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pp.76-83
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2013
Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) are regarded as a promising alternative to replace the existing automotive power sources. To get high performance and long-term durability for PEMFC systems, novel water management is essential. To this end, a comprehensive understanding of dynamics of the liquid water droplets within an operating PEMFC plays an important role. In this work, direct visualization of dynamic behaviors of the water droplet in the ex situ unit flow channel of a PEMFC including gas diffusion layer (GDL) is carried out as one of the fundamental studies for novel water management. Water droplet dynamics such as the movement and growth of liquid water droplets are mainly presented. Effects of GDL characteristics and inlet air flow rate on the water droplet transport and its removal from the flow channel are also discussed. The data obtained in this study can contribute to build up the fundamental operating strategy including balanced water removal capacity for automotive PEMFC systems.
Gas diffusion layer (GDL) compression is important parameter of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) performance to have an effect on contact resistance, reactants transfer to electrode, water content in membrane and electrode assembly (MEA). In this study, the effect of GDL compression on fuel cell performance was investigated for commercial products, JNT20-A3. Polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy was performed at different relative humidity and compression ratio using electrode area of 25 ㎠ unit cell. The contact resistance was reduced to 8, 30 mΩ·㎠ and membrane hydration was increased as GDL compression increase from 18.6% to 38.1% at relative humidity of 100 and 25%, respectively. It was identified through ohmic resistance change at relative humidity conditions that as GDL compression increased, water back-diffusion from cathode and electrolyte membrane hydration was increased because GDL porosity was decreased.
Water is continuously produced in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and is transported and exhausted through polymer electrolyte membrane (PEM), catalyst layer (CL), microporous layer (MPL), and gas diffusion layer (GDL). The low operation temperatures of PEMFC lead to the condensation of water, and the condensed water hinders the transport of reactants in porous layers (MPL and GDL). Thus, water flooding is currently one of hot issues that should be solved to achieve higher performance of PEMFC. This research aims to study liquid water transport in porous layers of PEMFC by using pore-network model, while the microscale pore structure and hydrophilic/hydrophobic surface properties of GDL and MPL were fully considered.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.9
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pp.367-372
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2016
Gas diffusion layer (GDL) of PEMFCs plays a role that it diffuses the reactant gases to the catalyst layer on the membrane and discharge water from the catalyst layer to the channel. Physical parameters related to the mass transport of GDL are mostly from the uncompressed GDLs while actual GDLs in the assembled stacks are compressed. In this study, the relation of compression and strain of GDLs with various Polytetrafluoroethylene (PTFE) loading is measured experimentally and In-plane gas permeability is measured at the condition that the GDLs are in compressive strain. The gas permeability decreased with the loading of PTFE and the presentation of gas permeability under compressive stain is expected to improve the accuracy of modeling work of mass transport in the GDL.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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