The influence of potential and humidity on the electrochemical carbon corrosion in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells(HT-PEMFCs) is investigated by measuring $CO_2$ emission at different potentials for 30 min using on-line mass spectrometry. These results are compared with low tempterature polymer electrolyte membrane fuel cells(LT-PEMFCs) operated at lower temperature and higher humidity condition. Although the HT-PEMFC is operated at non humidified condition, the emitted $CO_2$ in the condition of HT-PEMFC is more than LT-PEMFC at the same potential in carbon corrosion test. Thus, carbon corrosion shows a stronger positive correlation with the cell temperature. In addition, the presence of a little amount of water activate electrochemical carbon corrosion considerably in HT-PEMFC. With increased carbon corrosion, changes in fuel cell electrochemical characteristics become more noticeable and thereby indicate that such corrosion considerably affects fuel cell durability.
The performance evaluation on Pt loading in the self-humidifying polymer electrolyte membrane for Polymer Electrolyte Mem-Brane Fuel Cell(PEMFC) was investigated by using single cell test and measurement of membrane resistance. The self-humidifying membrane comprised two membranes made of perfluorosulfonylfluroride copolymer resin and fine Pt particles tying between them, coated by sputtering. From the results of performance characteristics of self-humidifying membrane cell with different Pt loading, a single cell using self-humidifying membrane with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading showed better performance than that with the others over entire current density. Also, a single cell with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading had a lower resistance value than the other cells under externally nonhumidifying condition. It is indicated that the water produced in the membrane cell with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading showed a higher provision to maintain ionic conductivity of the membrane than the other cells. The optimum amount of Pt particles embedded in the membrane for self-humidifying PEMFC was determined to be about 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$.
Polymer electrolyte membrane (PEM) serving as a separator that can prevent the permeation of unreacted fuels as well as an electrolyte that selectively transports protons from the anode to the cathode has been considered a key component of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). The perfluorinated sulfonic acid-based PEMs, represented by Nafion®, have been commercialized in PEMFC systems due to their high proton conductivity and chemical stability. Nevertheless, these PEMs have several inherent drawbacks including high manufacturing costs by the complex synthetic processes and environmental problems caused by producing the toxic gases. Although numerous studies are underway to address these drawbacks including the development of sulfonated hydrocarbon polymer-based PEMs (SHP-PEMs), which can easily control the polymer structures, further improvement of PEM performances and durability is necessary for practical PEMFC applications. Therefore, this study focused on the various strategies for the development of SHP-PEMs with outstanding performance and durability by 1) introducing cross-linked structures, 2) incorporating organic/inorganic composites, and 3) fabricating reinforced-composite membranes using porous substrates.
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 for automotive and stationary power applications. The PEMFC performance 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 prevent ing 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 for cathode catalyst was investigated by using polarization curves in single cell with $H_2/O_2$ operation.
Proton exchange membrane is the key material for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Currently widely-used perfluorosulfonic acid membranes have some disadvantages, such as low thermal stability, easy swelling, excessive crossover of methanol and high price etc. Other membranes, including sulfonated polymer, radiation grafted membranes, organic-inorganic hybrids and acid-base blends, do not satisfy the criteria for PEMFC, which set a barrier to the development and commercialization of PEMFC. Pore-filling type proton exchange membrane is a new proton exchange membrane, which is formed by filling porous substrate with electrolytes. Compared with traditional perfluorosulfonic acid membranes, pore-filling type proton exchange membranes have many advantages, such as non- swelling, low methanol permeation, high proton conductivity, low cost and a wide range of materials to choose. In this research, preparation methodology of pore-filling membranes by particularly using all hydrocarbon polymers and fuel cell performances with the membranes are evaluated.
Fuel cells are devices that convert chemical energy directly into electrical energy. Owing to the high efficiency of the fuel cells, a large number of research work have been done during these years. Among many kinds of the fuel cells, a polymer electrolyte membrane fuel cell is such kind of thing which works under low temperature. Because of the specialty, it stimulated intense global R&D competition. Most of the major world automakers are racing to develop polymer electrolyte membrane fuel cell passenger vehicles. Unfortunately, there are still many problems to be solved in order to make them into the commercial use, such as the thermal and water management in working process of PEMFCs. To solve the difficulites facing the researcher, the analysis of the inner mechanism of PEMFC should be implemented as much as possible and mathematical modeling is an important tool for the research of the fuel cell especially with the combination of experiment. By regarding some of the assumptions and simplifications, using the finite element technique, a two-dimensional electrochemical mode is presented in this paper for the further comparison with experimental data. Based on the principals of the problem, the equations of electronic charge conservation equation, gas-phase continuity equation, and mass balance equation are used in calculating. Finally, modeling results indicate some of the phenomenon in a unit cell, and the relationships between potential and current density.
The Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) operates at ambient temperature as a low-temperature fuel cell. During its operation, voltage losses arise due to factors such as operating conditions and material properties, effecting its performance. Computational simulations of fuel cells can be categorized into 1D simulation and CFD, chosen based on their specific application purposes. In this study, we carried out an analysis validation using 1D geometry and compared its performance with the results from 2D geometry analysis. CFD allows for the representation of pressure, velocity distribution, and fuel mass fraction according to the geometry, enabling the analysis of current density. However, the 1D simulation, simplifying governing equations to reduce time cost, failed to accurately account for fuel distribution and changes in fuel concentration due to fuel cell operations. As a result, it showed unrealistic results in the cell voltage region dominated by concentration loss compared to CFD.
SOHN Young-Jun;PARK Gu-Gon;UM Sukkee;YIM Sung-Dae;Yang Tae-Hyun;YOON Young-Gi;LEE Won-Yong;KIM Chang-Soo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.277-280
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2005
Air-breathing polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are highly promising particularly for small-power applications up to tens watts class. A distinctive feature of the air-breathing PEMFC is its simple system configuration in which axial fans operate for dual purposes, supplying both oxidant and coolant in a single manner. In the present study, a nominal SOW air-breathing PEMFC system is developed and investigated to determine the optimal operating strategy through parametric studies (i.e., reactant humidity, and fan-blowing flow rate). The cell voltage distributions are examined as a function of time to evaluate the system performance under various operating conditions.
Kim, H.J.;Lee, S.Y.;Cho, E.;Ha, H.Y.;Oh, I.H.;Lim, T.H.
Proceedings of the Polymer Society of Korea Conference
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2006.10a
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pp.185-185
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2006
The performances of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), direct formic acid fuel cell (DFAFC) and direct methanol fuel cell (DMFC) with sulfonated poly(ether sulfone) membrane are reported. Pt/C was coated on the membrane directly to fabricate a MEA for PEMFC operation. A single cell test was carried out using $H_2/air$ gases as fuel and oxidant. A current density of $730\;mA/cm^2$ at 0.60 V was obtained at $70^{\circ}C$. Pt-Ru (anode) and Pt (cathode) were coated on the membrane for DMFC operations. It produced $83\;mW/cm^2$ of maximum power density. The sulfonated poly(ether sulfone) membrane was also used for DFAFC operation under several different conditions. It showed good cell performances for several different kinds of polymer electrolyte fuel cell applications.
Developed was a 5kW-class polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) system comprised of fuel cell stack, fuel processing, thermal and water management subsystems and ancillary equipments. Several large single cells have been fabricated with different gas flow field patterns and paths, and the gas flow field pattern for the stack has been determined based on the single cell performance of thin film membrane electrode assembly (MEA). The PEMFC stack was consisted of 100 cells with an electrode area of $300cm^2$, having serpentine flow pattern. Fuel processing was developed including an autothermal methanol reformer and two preferential CO oxidation reactors. The fuel processing was combined to PEMFC operation system consisted of air compressor and thermal and water management subsystems. The PEMFC stack showed performance of 5kW under the supply of $H_2$ and air, but its performance was lowered to 3.5kW under the supply of reformed gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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