• 제목/요약/키워드: PEMFC Stack

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고분자 전해질형 연료전지용 Au-PTFE/Al 금속분리판 연구 (Study of Au-PTFE/Al Metallic bipolar plate for PEMFC)

  • 유승을;김명환;구영모
    • 신재생에너지
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    • 제3권1호
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    • pp.75-82
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    • 2007
  • Aluminum was used as metallic bipolar plate material to reduce a stack weight. The functional materials such as conductive material, Au and nonconductive material, PTFE [polytetrafluoroethylene] were coated on the bipolar plate to enhance electrical contact and corrosion prevention in PEMFC. The active area of bipolar plate is divided into the top layer part that electric current mainly passes, and the bottom layer part that gas and water pass. The bottom layer part in the flow channel needs not to have electrical conductivity because it doesn't pass electric current directly. In this reason, Au on the top layer and PTFE on the bottom layer were coated to apply high electrical conductivity and/or good corrosion resistance. Although the single cell performance using Au-PTFE/Al bipolar plate was shown 78% in comparison with that of graphite, specific power of Au-PTFE/Al bipolar plate(0.4 W/g) was twice as much as graphite bipolar plate.

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고온형 고분자전해질연료전지용 MEA 개발 및 응용 (Development and Application of High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells)

  • 임태훈;김형준
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제18권4호
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    • pp.439-445
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    • 2007
  • Proton exchange membrane Fuel Cells(PEMFCs) have been spotlighted because of their broad potential application for potable electrical devices, automobiles and residential usages. However, their utilization is limited to low temperature operation due to the electrolyte dehydration at high temperature. High temperature PEMFC operation offers high CO tolerance and easy water management. This review presents development of high temperature($120{\sim}200^{\circ}C$) PEMFC. Especially, PEMFC which is based on acid-doped PBI membrane is discussed.

고분자 전해질 연료전지 발전 시스템의 병렬 운전을 위한 PCS 전력 분배 구동 알고리즘 (A PCS Power-sharing Operation Algorithm for Parallel Operation of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Generation Systems)

  • 강현수
    • 전기학회논문지
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    • 제58권9호
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    • pp.1706-1713
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    • 2009
  • In this paper, a parallel operation algorithm for high power PEMFC generation systems is proposed. According to increasing the capacity of fuel cell systems with several fuel cell stacks, the different dynamic characteristics of each fuel cell stack effect on imbalance of load sharing and current distribution, so that a robust parallel operation algorithm is desired. Therefore, a power-sharing technique is developed and explained in order to design an optimal distributed PEMFC generation system. In addition, an optimal controller design procedure for the proposed parallel operation algorithm is introduced, along with informative simulations and experimental results.

내부 가습형 연료전지 스택의 출력전압 왜곡 보상기법 (Compensation Scheme for Output Voltage Distortion in Fuel Cell Stack with Internal Humidifier)

  • 구근완;우동균;주동명;이병국
    • 전력전자학회논문지
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    • 제18권1호
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    • pp.37-44
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    • 2013
  • In this paper, the characteristics of portable fuel cell system are introduced and the dynamic response of output voltage of fuel cell stack with internal humidifier is analyzed. When the output of the fuel cell (FC) stack is short-circuited for humidification, the output voltage of the FC stack rapidly drops. In order to maintain the load voltage in the required range, dynamic compensation methods are proposed: 1) installing a capacitor behind the output of the FC stack; 2) utilizing the bi-directional converter. Especially, bi-directional converter is used when short of the FC output is detected or predicted by algorithm using data which is measured during previous three cycles. These methods are simulated by PSIM 9.0, then experimental results from the fuel cell system prototype verify the validity of the proposed methods.

오픈 캐소드형 고분자전해질 연료전지의 성능향상과 회복기법 (Performance Enhancement and Recovery Method of Open Cathode PEMFC)

  • 이기택;김준범
    • 공업화학
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    • 제28권1호
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    • pp.118-124
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    • 2017
  • 공랭식 고분자전해질 연료전지는 개방된 cathode구조로 인하여 시스템의 단순화와 부품 수 저감의 장점이 있다. 공랭식 연료전지는 최근에 많이 연구되고 있지만, 성능이 외부 환경에 영향을 받으며, 공기의 상대습도가 낮은 경우 전해질막의 건조로 인한 성능 감소가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 공랭식 연료전지의 성능에 영향을 주는 요인인 cathode 측 공기 유량과 anode 측 purge interval영향에 대해 분석하였으며, 스택을 운전하지 않는 상태로 장기간 보관하는 것이 성능에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행하였다. 연료전지 외부에 설치한 fan의 전압을 조절하면 cathode 측 공기의 공급유량을 변화시킬 수 있고 스택의 온도도 제어할 수 있으므로, fan전압은 공랭식 연료전지의 성능에 영향을 주는 중요한 인자이다. 연료전지 시스템을 단순화하고 수소의 사용률을 높이기 위하여 anode 측은 dead ended anode (DEA) 기법을 사용하였다. 주기적인 purge를 실행하여 생성된 물과 가스를 배출하였으며, purge 주기를 변경하면서 스택의 성능에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행하였다. 스택의 보관기간이 길어질수록 membrane dehydration으로 인해 성능이 감소하는 것을 실험을 통해 파악하였고, 단시간에 성능을 회복할 수 있는 기법을 제시하였다.

PEMFC 고분자막의 화학적 내구성 평가시간 단축 (Reducing the Test Time for Chemical Durability of PEMFC Polymer Membrane)

  • 오소형;조원진;임대현;유동근;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제59권3호
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    • pp.333-338
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    • 2021
  • 대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H2 (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다.

고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과 (Iron Ion Contamination and Acid Washing Effect of Polymer Membrane and Electrode in Polymer Electrolyte Fuel Cell)

  • 유동근;박민정;오소형;박권필
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권1호
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    • pp.20-24
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    • 2022
  • 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 장기사용과정에서스택요소의부식및공급가스의오염에의해막전극합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.

연료전지/배터리 하이브리드 차량 개발 (Development of Fuel Cell/Battery Hybrid Vehicle)

  • 손영준;박구곤;임성대;엄석기;양태현;윤영기;이원용;김창수
    • 한국전기화학회:학술대회논문집
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    • 한국전기화학회 2005년도 수소연료전지공동심포지움 2005논문집
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    • pp.103-110
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    • 2005
  • Fuel cell systems are consisted of various parts, for example fuel cell stack, fuel supplier, electrical converters, controllers and so on. Each components of system should have appropriate specification for their applications as well as simplicity. Because thermal load can be managed simply by using fans without any water cooling system, the air-cooled PEMFC is widely used in sub kW and around 1kW systems. The performance of an air-cooled system is highly dependent on ambient temperature and humidity. In this paper, the air-cooled PEMFC systems are developed and investigated to study the operating characteristics in the aspect of the thermal and water coupled management by the control of the axial fans and compressors. Various experiments were also conducted to get the cell voltage distribution, the relative humidity of the reactant gas and the thermal management by axial cooling fans, which cannot be observed in single cell experiment. After then, as practical applications, portable fuel cell system and a hybrid electric cart were successfully integrated and operated by using this air-cooled stack.

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500W PEM형 연료전지시스템 구축 및 운전 최적화에 관한 연구 (A Study on Design and Optimization of 500W PEM Fuel Cell System)

  • 박세준;최홍준;김광열;차인수;임중열
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2008년도 추계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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    • pp.191-193
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    • 2008
  • A fuel cell power system among various alternative power sources has many advantages such as low-polluted, high-efficient, and heat-recyclable, thus it is now able to be up to hundreds MWh-scaled through improving feasibility and longevity of it. During the last few years of the twentieth century, much changed to stimulate new and expanding interest in fuel cell technology. This paper presents optimal design and operational features of stand-alone 500W PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) system which can be a substitute instead fossil fuel. The stack of PEMFC is composed of 35 laminated graphite, and a unit cell of the stack has electrical characteristics as below; 14W, 0.9V, 15A. The other components of BOP(Balance of Plant) are composed of hydrogen and nitrogen tanks, regulators, 3way 5solenoid valves, mass flow meters, etc.

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고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 MEA 가압제조 공정 조건의 영향 (Performance of Fuel Cell with PEMFC Fabricated under Different Pressure)

  • 이기성;심수만;김동민
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제24권1호
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    • pp.70-75
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    • 2013
  • It has fabricated membrane electrode assemblies (MEA) for proton exchange membrane fuel cell by hot-pressing method. The hot-pressing was used for the fabrication of MEA which is composed of commercial platinum electrode on carbon paper. The performance of MEA was studied with different fabrication conditions of temperature, pressure and torque. As the temperature increased, the performance of MEA was increased. and started to decrease l after arrived at the maximum performance of MEA. This is related with good contact between electrode and polymer electrolyte membrane at high temperature and microstructural change at much higher temperature. Similarly, as the pressure increased, the performance of the MEA increased up to highest values and start to decrease. According to the our results, the maximal performance of the MEA was at the temperature of $140^{\circ}C$ and the pressure of $1.5{\times}10^3$ kPa. The optimal torque to assemble the single stack was 3.2 N m.