• Corrosion Science and Technology
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• 제22권4호
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• pp.221-231
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• 2023

Interest in aluminum alloys for the hydrogen valves of fuel cell electric vehicles (FCEVs) is growing due to the reduction in fuel efficiency by the high weight. However, when an aluminum alloy is used, deterioration in mechanical characteristics caused by hydrogen embrittlement and wear is regarded as a problem. In this investigation, the aluminum alloy used to prevent hydrogen embrittlement was subjected to surface treatments by performing hard anodizing and plasma ion nitriding processes. The hard anodized Al alloy exhibited brittleness in which the mechanical characteristics rapidly deteriorated due to porosity and defects of surface, resulting in a decrease in the ultimate tensile strength and modulus of toughness by 15.58 and 42.51%, respectively, as the hydrogen charging time increased from 0 to 96 hours. In contrast, no distinct nitriding layer in the plasma ion-nitrided Al alloy was observed due to oxide film formation and processing conditions. However, compared to 0 and 96 hours of hydrogen charging time, the ultimate tensile strength and modulus of toughness decreased by 7.54 and 13.32%, respectively, presenting excellent resistance to hydrogen embrittlement.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.65-72
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• 2006

In new generation vehicle technologies, a fuel cell vehicle becomes more important, by virtue of their emission merits. In addition, a fuel cell is considered as a major source to generate the electricity for vehicles in near future. This paper focuses on modeling of not only an electric vehicle and but also a fuel cell vehicle to estimate performances. And an EV cart is manufactured to verify the modeling. Speed, voltage, and current of the vehicle and modeling are compared to estimate them at acceleration test and driving mode test. The estimations are also compared with the data of the Ballard Nexa fuel cell stack. In order to investigate a fuel cell based vehicle, motor and fuel cell models are integrated in a electric vehicle model. The characteristics of individual components are also integrated. Calculated fuel cell equations show good agreements with test results. In the fuel cell vehicle simulation, maximum speed and hydrogen fuel consumption are estimated. Even though there is no experimental data from vehicle tests, the vehicle simulation showed physically-acceptable vehicle characteristics.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.356-361
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• 2019

Since the government announced the roadmap to revitalize the hydrogen economy, we are constantly making the effort to expand the use of fuel cell electric vehicles (FCEV) and hydrogen charging stations. There is however a significant issue to build and operate the hydrogen charging station due to the lack of the profit model. Many researchers believe that the supply of FCEV will be increased in the near future and finally ensure the economy of hydrogen charging stations. This study shows that the sales changes of hydrogen gas and consumption patterns by the operation of the hydrogen charging station in Changwon City. The results will be used as the evidence to support for operating the hydrogen charging station by private businesses and the validity of additional establishment of hydrogen charging stations.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권11호
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• pp.8-15
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• 2020

The government has announced its Hydrogen Economy Roadmap to strengthen global competitiveness on the hydrogen economy by focusing on hydrogen fuel cell electric vehicles and fuel cells. In this regard, the interest on the economics and safety of the infrastructure of hydrogen stations has also increased. In this study, a test bed similar to an actual hydrogen charging facility was built, and a prototype of a piston-type compressor was modeled. In this model, the piston was hydraulically compressed to progressively test leakage, leakage rate, and durability and to check for any malfunction. Moreover, the leakage rate, cylinder leak performance, and compressor operation durability were evaluated for safety; it was confirmed that there were no abnormalities. Nevertheless, an investigation of the long-term use and operating pressure of the compressor is necessary to verify the safety of developing a100-MPa domestic compressor in the future.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.859-867
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• 2011

The cold start problem is one of major obstacles to overcome for the commercialization of fuel cell vehicles. However, the cold start characteristics of fuel cell systems are very complicated since various phenomena, i.e. ice-blocking, electro-chemical reactions, heat transfer, and defrosting of BOP components, are involved in them. This paper presents a framework to approach the problem at a full stack scale using Axiomatic Design (AD). It was characterized in terms of Functional Requirements (FRs) and Design Parameters (DPs) while their relations were established in a design matrix. Considering the design matrix, the endplates should have low thermal conductivity and capacity without increase in weight or decrease in structural stiffness. Consequently, composite sandwich endplates were proposed and examined both through finite element analyses and experiments simulating cold start conditions. From the examinations, it was found that the composite sandwich endplates significantly contributed to improving the cold start characteristics of PEMFC.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권7호
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• pp.813-819
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• 2011

본 연구에서는 연료전지자동차의 초경량 복합재료 수소 탱크에 대한 수소 충전 특성을 파악하고, 충전 조건에 따른 수소 탱크의 안전성을 확인하기 위해 플라스틱 라이너를 사용하는 Type 4 수소 탱크와 알루미늄 라이너를 사용하는 Type 3 수소 탱크에 대해 수소 충전 시, 수소 탱크 내부의 가스 온도 및 압력 변화, 라이너 및 복합재료 층의 온도 변화 등을 측정하여 그 특성을 고찰하였다. 그 결과 충전 속도가 증가함에 따라 탱크 내부 가스의 온도가 증가하였고, 탱크 내부 가스의 온도 분포가 다르게 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.38-47
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• 2023

수소연료전지 차량 충전 과정에서, 충전소에서의 공급압력과 차량 내 저장 탱크의 압력 차이에 의해 수소가 흐르게 되고 유량은 압력 차에 의존한다. 따라서 충전 과정에서 발생하는 수소의 압력강하에 대한 고려는 필수적이며 이의 분석을 통해 수소 충전 과정의 효율성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 충전라인 중 호스, 노즐/리셉터클, 파이프, 밸브에 대하여 압력강하를 분석하였다. 호스와 파이프는 도관에서의 압력강하로, 노즐/리셉터클은 흐름 노즐 식으로, 밸브는 기체 유량 식으로 계산하였다. 또한 각 구성요소에서 발생하는 압력강하 효과를 종합 분석한 결과 전체 충전라인에서 압력강하에 가장 큰 영향을 주는 요소는 밸브에서의 압력강하임이 밝혀졌다. 이번 연구는 추후 수소 충전을 포함한 수소 유동 해석으로 수소 충전 과정의 모델 개발에 활용될 수 있을 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.720-726
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• 2014

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 차량은 미래 청정수송기관으로 각광받고 있지만 수소스테이션의 인프라부족으로 현재는 수소를 공급해주는 연료개질기를 함께 장착하여 구동하여야 한다. 탄화수소연료로부터 수소를 생산하는 연료개질기를 대상으로 다양한 연구가 진행되어왔는데 기존연구에서는 열적중립 조건의 ATR(Auto-Thermal Reformer) 반응기에 대해 집중적으로 분석하거나 공정최적화부문에서 최대수소생산을 목표로 주로 열효율을 목적함수로 설정하여 평가해 왔다. 본 연구에서는 100 kW PEMFC용 연료개질기를 대상으로 간단한 소형시스템을 얻기 위해 외부 유틸리티가 필요없는 단열열교환망으로 구성된 조건에서 기존 열효율이 아닌 수소효율을 새로이 정의하여 가솔린, LPG, 디젤 각 연료에 대해 최적운전조건을 도출하였다. 가솔린의 경우 기존 비교문헌보다 9.43% 연료절감효과를 얻음으로써 제안한 목적함수의 타당성을 입증하였고, 추가적으로 수소효율 및 열교환량, 열교환면적에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 마지막으로 제안한 시스템을 한국시장에 적용할 경우 LPG 연료를 사용하는 연료개질기가 가장 경제적임을 알 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.492-501
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• 2017

A 900 W scale direct methanol fuel cell (DMFC) stack is designed and fabricated for unmanned aerial vehicle (UAV) applications. To meet the volume and weight requirements, metallic bipolar plates are applied to the DMFC stack for the first time wherein POS470FC was chosen as bipolar plate material. To ensure good robustness of the metallic bipolar plate based DMFC stack, finite element method based simulations are conducted using a commercial ANSYS Fluent software. The stress buildup and deformation characteristics on bipolar plates and end plates are analyzed in details. The present DMFC stack exhibits the performance of 1,130 W at 32 V and 35.3 A, clearly demonstrating that it could successfully operate for UAVs requiring around 1,000 W of power.

• 에너지공학
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• 제15권2호
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• pp.83-95
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• 2006

본 연구에서는 기준안으로 2040년까지 최종에너지의 15%를 수소로 대체한다는 목표를 세우고, 수소이용 효율이 가장 높은 수송부문을 주대상으로 2040년까지 자동차의 50% 이상을 연료전지 자동차로 대체하고, 기타, 가정 상업 및 산업부문에서도 각각 22%, 23%를 연료전지로 대체하는 계획을 수립하였다. 수소의 제조와 저장, 운반 등 공급인프라 부분에서는 2020년까지는 LNG와 석탄 등의 화석연료를 주원료로, 2040년까지는 신 재생에너지의 비중을 60%까지 늘리는 것으로 목표를 설정하였다. 기준안(수소비 중 15%)으로 제시한 수소경제가 실현되는 경우 1차에너지가 9% 저감되고, 석유가 22.7%, 원자력이 17.8%, LNG가 8.9%, 석탄이 3.1% 줄어들고 대신 신 재생에너지는 47.3% 증가하여 지속가능한 에너지믹스가 실현되는 것으로 나타났다. 이에 따라 에너지자급도의 개선, 에너지수입대체효과, 환경편익, 신성장동력으로서 수소 연료전지 산업 정착에 따른 고용창출효과 등 경제적 파급효과도 막대한 것으로 나타났다. 또한 수소경제의 적정산업규모를 갖추기 위한 투자비를 산출한 결과 2040년까지 총 200조원 이상이 필요하다. 방대한 재원을 조달하기 위해 민간자본의 유치와 정부의 효과적 정책개발이 요청된다. 수소경제의 비용효과적인 조기실현을 위해서는 전담기구의 신설과 민간의 전문인력 양성, 그리고 수소 연료전지 산업육성을 위한 규격 및 표준화 마련도 시급한 것으로 판단된다.