• 제목/요약/키워드: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC)

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5 kW 고온 고분자연료전지 스택 수명 극대화를 위한 운전 방법론 (Operating Method to Maximize Life Time of 5 kW High Temperature Polymer Exchange Membrane Fuel Cell Stack)

  • 김지훈;김민진;손영준;유상석
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권2호
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    • pp.144-154
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    • 2016
  • HT-PEMFC (high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell) using PA (phosphoric acid) doped PBI (polybenzimidazole) membrane has been researched for extending the lifetime. However, the existing work on durability of HT-PEMFC focuses on identifying degradation causes of lab scale. The short life time of HT-PEMFC is still the problem for its commercialization. In this paper, an operating method to maximize life time of 5kW HT-PEMFC stack are proposed. The proposed method includes major steps such as minimization of OCV (Open Circuit Voltage) exposure, control of the proper stack temperature, and N2 purging for the stack. This long life operating method was based on the fragmentary results of degradation from previous research works. Experimentally, the 5 kW homemade HT-PEMFC stack was operated for a long time based on the proposed method and the stack successfully can operate within the desired degradation rate for the target life time.

운전 정지 시 보관방법이 고분자 전해질 연료전지의 열화에 미치는 영향 I. 잔류 수소 제거 방법의 영향 (Effects of Shut-down Process on Degradation of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells I. Effects of Hydrogen Removal on the Degradation)

  • 임상진;조은애;이상엽;김형준;임태훈;이관영
    • 전기화학회지
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    • 제9권3호
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    • pp.118-123
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    • 2006
  • 반복적인 작동/멈춤에 의해 고분자전해질 연료전지의 성능 감소가 촉진되며, 이는 연료전지 자동차의 상용화를 위해 반드시 해결되야 한다. 고분자전해질 연료전지 스택의 운전을 정지했을 때 연료극 유로에는 수소가, 공기극 유로에는 공기가 남아 있어 연료전지가 열림회로 전위 상태에 한동안 유지되며 이로 인해 촉매의 소결이 촉진되고 과산화수소 라디칼이 형성되어 전해질를 분해시키는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 반복적인 작동/멈춤이 따라 고분자전해질 연료전지의 성능 감소와 막-전극 접합체의 특성에 미치는 영향을 조사하고, 운전 정지 시 잔존 수소를 제거함으로써 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 방법을 제안하였다.

황화수소 피독이 고분자전해질 연료전지에 미치는 영향과 회복기법 (H2S Poisoning Effect and Recovery Methods of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)

  • 천병도;김준범
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제55권1호
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    • pp.107-114
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    • 2017
  • 고분자전해질 연료전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell)는 일산화탄소(CO)나 황화수소($H_2S$)가 포함된 연료가 주입될 경우 성능이 저하된다. 일반적으로 멀캅탄 계열의 부취제가 첨가된 탄화수소를 개질하여 생성된 수소에는 미량의 황화수소가 포함되어 있다. 본 연구에서는 황화수소를 수소에 첨가하여 anode에 주입하였을 경우에 연료전지 성능에 미치는 영향을 파악하고, 3가지 다른 회복방법인 순수 수소 주입법, 전위 순환법과 물 순환법을 적용한 경우의 회복률을 비교하여 보았다. PEMFC의 성능은 전기화학적 방법인 polarization curve, electrochemical impedance spectroscopy (EIS)와 cyclic voltammetry (CV)를 사용하여 분석하였다. 피독에 대한 회복방법인 순수 수소 주입법과 전위 순환법을 사용한 경우에는 회복률이 적었고, 물 순환법을 사용한 경우에는 초기에 대비하여 약 95% 이상 성능이 회복된 것을 확인하였다. 직접적으로 피독에 노출된 anode에 물을 흘린 경우의 성능회복률이 높았으며, cathode에 흘린 경우에도 물의 crossover에 의한 효과로 전위 순환법보다 우수한 회복률을 보였다. 이러한 연구결과로부터 황화수소 피독에 대한 회복기법을 구축함으로서 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있고, 불순물이 미량 함유된 저가 수소의 사용을 가능하게 함으로서 연료전지 보급에도 기여할 수 있을 것이다.

고분자 전해질 막 연료전지 응용을 위한 탄화수소계 기반 가교 전해질 막의 연구동향 (Research of Cross-linked Hydrocarbon based Polymer Electrolyte Membranes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications)

  • 고한솔;김미정;남상용;김기현
    • 멤브레인
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    • 제30권6호
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    • pp.395-408
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    • 2020
  • 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 환경오염물질 배출이 없는 친환경 에너지 변환 장치로 주목을 받고 있다. PEMFC의 구성요소 중 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 음극에서 발생되는 수소이온을 양극으로 전달하는 역할과 동시에 분리막으로써 연료의 투과를 차단하는 역할을 수행하는 핵심 소재이다. 대표적으로 Nafion®과 같은 과불소화계 고분자 전해질 막이 상용화 되어있지만 높은 단가 및 분해 시 환경오염물질이 배출되는 단점이 존재하여, 이를 대체할 탄화수소계 고분자를 활용한 전해질 막 개발에 관한 연구들이 수행되고 있다. 높은 수소이온 전도도를 가지며 동시에 우수한 물리·화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 전해질 막을 개발하기 위해 가교 구조가 도입된 전해질 막을 개발하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설은 가교 전해질 막을 제조하기 위해 이온교환 작용기가 도입된 탄화수소계 고분자를 활용하여 다양한 종류의 가교 전해질 막을 제조하는 방법에 대해 논하였다.

고분자전해질용 연료전지의 전극 촉매중 특성에 관한 연구 (Studies on the Characteristics of the Catalyst Layer of the PEMFC Electrode)

  • ;임재욱;유형균;류호진
    • 전기화학회지
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    • 제6권1호
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    • pp.65-67
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    • 2003
  • The present paper highlights on the need to understand the correlation of the characteristics of the catalyst layer with the performance of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). This paper deals with the correlation of the platinum loading in the catalyst layer and the performance of the polymer electrolyte membrane fuel cell and also the correlation of the required hydrophilicity/hydrophobicity in the catalyst layer to get the optimum performance under given operating conditions.

200 W급 휴대용 고분자 전해질막 연료전지 시스템 개발 (Development of a 200 W Portable PEM Fuel Cell System)

  • 한훈식;김윤호;조창환;김서영;현재민
    • 설비공학논문집
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    • 제24권2호
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    • pp.91-101
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    • 2012
  • A 200 W portable polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system is developed. The PEMFC system consists of an air-cooled fuel cell stack module, a fuel supply subsystem, a power management subsystem, and a control electronics subsystem. The control logic is designed for the stable system operation. The system-level performance evaluation discloses that the present PEMFC system provides a rated power output of 200.5 W at 13.4 V with the maximum balance-of-plant (BOP) efficiency of 72%, and maximum system efficiency based on lower heating value (LHV) is 37% at 120.7 W system power output.

MATLAB/Simulink를 이용한 자동차용 상압형 PEM 연료전지 시스템의 성능 및 효율 분석 연구 (A Study on the Analysis of the Performance and Efficiency of a Low-pressure Operating PEMFC System for Vehicle Applications Using MATLAB/Simulink)

  • 박래혁;김한상
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제24권5호
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    • pp.393-400
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    • 2013
  • The air supply system has a significant effect on the efficiency of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) systems. The performance and efficiency of automotive PEMFC systems are greatly influenced by their air supply system configurations. This study deals with the system simulation of automotive PEMFC systems using MATLAB/Simulink framework. In this study, a low-pressure operating PEMFC system adopting blower sub-module (turbo-blower) is modeled to investigate the effects of stack operating temperature and air stoichiometry on the parasitic power and efficiency of automotive PEMFC systems. In addition, the PEMFC net system efficiency and parasitic power of air supply system are mainly compared for the two types (low-pressure operating and high-pressure operating) of automotive PEMFC systems under the same net power conditions. It is suggested that the obtained results from this system approach can be applied for establishing the novel operating strategies for FC vehicles.

블로워 구성 변경에 따른 상압형 자동차용 고분자전해질형 연료전지 시스템의 효율 특성 연구 (Study on the Characteristics of Low-pressure Automotive Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell System Efficiency with Blower Configuration)

  • 김일중;이정재;김한상
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제29권2호
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    • pp.181-189
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    • 2018
  • Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system receives great attention as a promising power device for automotive applications. For the wide commercialization, the efficiency and performance of automotive PEMFC system should be further improved in terms of total system (stack and balance of plant [BOP]). Air supply module, which is a major part of the BOP, greatly affects the efficiency of automotive PEMFC system. In this paper, a systematic study on the low-pressure automotive PEMFC system was made in an attempt to enhance the net system efficiency. This study mainly presents an investigation of the effect of blower configuration (1-blower and 2-blower) on the net system efficiency of automotive PEMFC system. For this purpose, the effect of operating pressure and cathode stoichiometry on the system efficiency was investigated with stack temperature under the fixed net system power condition. Results indicate that 1-blower system is better in system efficiency over 2-blower system under an air stoichiometry of 2. However, 2-blower system is better in system efficiency under an air stoichiometry of 3. The simulation results show that the optimum operating strategy needs to be established for various blower system configurations considering blower performance maps.

나노고분자막 구조의 이온투과 특성에 관한 연구 (A Study on the Ion Permeability Characteristics in Nano-Polymer Membrane Structures)

  • 김유영
    • 한국공작기계학회논문집
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    • 제15권1호
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    • pp.133-137
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    • 2006
  • Ion permeability characteristics in nano-polymer membrane structures are performed to investigate the chemical composition and characteristics of MEA(Membrane Electrolyte Assembly) which is one of the most important parts to decide the performance in PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) system. Subsequently, the MEA manufacturing process is presented for the uniformed MEA product. In the meantime, the analysis of SEM(Scanning Electron Microscope) is carried out in order to investigate the joint aspect and chemical composition of MEA. As a result of SEM analysis, it is found that the bonded catalyst and carbon composition contain the reasonable amount to get unit cell output. It is also found that the humidification gives the better performance result slightly.

PEMFC 용 Pt 담이 촉매의 Pt 담지비에 따른 성능변화 (Optimization of Platinum amount in Pt/C for PEMFC)

  • 조용훈;조윤환;박현서;성영은
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.547-548
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    • 2006
  • This study focuses on a determination of amount of Pt in the Pt/C for catalysts of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC). PEMFC offer low weight and high power density and being considered fur automotive and stationary power applications. The PEMFC behavior is quite complex is influenced by several factors, including catalysts and structure of electrode and membrane type. Catalyst of electrode is important factor for PEMFC. One of the obstacles preventing polymer electrolyte membrane fuel cells from commercialization is the high cost of noble metals to be used as catalyst, such as platinum. To effectively use these metals, they have to be will dispersed to small particles on conductive carbon supports. The optimal amount of Pt in Pt/C was investigated by using polarization curves in single cell with $H_2/O_2$ operation.

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