A three dimensional numerical model to predict the flow and transport of mixtures and also the electrochemical reactions in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells is developed. The numerical computation is base on vorticity- velocity method. Governing equations for the flow and transport of mixtures are coupled with the equations for electrochemical reactions and are solved simultaneously including production and condensation of vapor. Fuel cell performance predicted by this calculation is compared with the experimental results and resonable agreements are achieved.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.553-554
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2006
This paper presents the effects of different operating parameters on the performance of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell by a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model. The effects of different operating parameters on the performance of PEM fuel cell studied using pure hydrogen on the anode side and air on the cathode side. The various parameters are temperatures, pressures, humidification of the gas steams and various combinations of these parameters. In addition, geometrical and material parameters such as the gas diffusion layer (GDL) thickness and porosity as well as the ratio between the channel width and the land area were investigated.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.24
no.4
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pp.418-425
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2021
Submarines are weapons systems that have been proven to be useful in battle since World War I and have continued to improve the efficiency of propulsion systems in order to be used efficiently on the battlefield. In particular, countries that unable to utilize nuclear propulsion systems make efforts to increase the efficiency of Air Independent Propulsion systems, and typical examples are fuel cells, Stirling engines and MESMA. It is also expected that the development of new propulsion systems such as hydrogen-reformer fuel cells, metal-air fuel cell and direct combustion propulsion systems will continue, so the characteristics of these will be examined and the performance based on the published data be checked in this thesis.
YI, YONG;PARK, SE JIN;KIM, MIN SOO;SHIN, JANG SIK;SHIN, SEOCK JAE
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.29
no.4
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pp.317-323
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2018
Solid oxide fuel cell (SOFC) operates at high temperature, therefor has the advantage of higher power generation and using exhaust heat than other fuel cells. In particular, the reforming reaction can be performed inside the SOFC stack to reduce the cooling of the stack and the burden on the reformer reactor. In this study, the reformer structure, operating characteristics, and thermal efficiency were evaluated for the optimization design of a heat exchanger type reformer of a 1 kW SOFC system.
Welaya, Yousri M.A.;Gohary, M. Morsy El;Ammar, Nader R.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.2
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pp.141-149
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2011
The world is facing a challenge in meeting its needs for energy. Global energy consumption in the last halfcentury has increased very rapidly and is expected to continue to grow over the next 50 years. However, it is expected to see significant differences between the last 50 years and the next. This paper aims at introducing a good solution to replace or work with conventional marine power plants. This includes the use of fuel cell power plant operated with hydrogen produced through water electrolysis or hydrogen produced from natural gas, gasoline, or diesel fuels through steam reforming processes to mitigate air pollution from ships.
Chon, Kwang Wu;Park, Chang Kwon;Lee, Ho Yeol;Oh, Byeong Soo
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.15
no.4
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pp.291-300
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2004
Performance of PEMFC is affected by many factors such as that of MEA, configuration of flow field, operating conditions, humidification, cooling and so on. In this study, in order to improve the performance of fuel cell, a small area fuel cell stack was made and its performance was tested under various operating conditions. Stack consists of 3 single PEM fuel cells. Channel is serpentine type and the active area of the electrode is $50cm^2$. The test results show that the peak power is 60W at $70^\circ{C}$ of stack temperature with humidification condition.
Recently, fuel cell field is receiving much attention as an environmentally friendly energy in the world. Among the various types of fuel cells, in the case of PEMFC, ions move through the membrane in the middle of the unit cell. Therefore, proper moisture is required inside the PEMFC. In the case of membrane type humidifier, flat membrane or hollow fiber membrane is mainly used. Since various parameters can change the performance, the performance investigation has to be carried out with parameters. In this study, water transport of hollow fiber membrane was investigated in terms of principle operating conditions such as temperature and flow rate.
TUnitized reversible fuel cells (URFC) combine the functionality of a fuel cell and electrolyzer in one unitized device. For a URFC with proton exchange membrane, a titanium (Ti)-felt is applied to the gas diffusion layer (GDL) substrate at the oxygen electrode, and additionally titanium (Ti)-powders and TiN-powders are loaded in the GDL substrate as a micro porous layer (MPL). Double porous layer with TiN MPL was not acceptable for the URFC because both of fuel cell performance and electrolysis performance are degraded. The double porous layer with Ti-powder loading in the Ti-felt substrate influence rearly for the electrolysis performance. In contrast, the change of pore-size distribution brings a significant improvement of fuel cell performance under fully humidification conditions. This fact indicates that the hydrophobic meso-pores in the GDL play an important role for mass transport.
To improve the polarization property of cathodes, which is the main factor limiting the performance of protonic ceramic fuel cells (PCFCs), $K_2NiF_4-type$$Pr_2NiO_{4+{\delta}}$, which is expected to exhibit a triple conducting property (proton, oxygen ion, and hole conductions) was applied to PCFCs and its properties were investigated. Low-temperature microwave heat-treatment was used to achieve both sufficient interface adhesion between the electrolyte and the cathode layers and suppression of the secondary phase formation due to migration of elements such as barium and cerium. Through this fabrication method, a high performance of $0.82W{\cdot}cm^{-2}$ and low ohmic resistance of $0.06{\Omega}{\cdot}cm^2$ were obtained in an $Ni-BaCe_{0.55}Zr_{0.3}Y_{0.15}O_{3-{\delta}}$ | $BaCe_{0.55}Zr_{0.3}Y_{0.15}O_{3-{\delta}}$ | $Pr_2NiO_{4+{\delta}}$ single cell at $650^{\circ}C$. This result verifies that the $K_2NiF_{4+{\delta}}-type$ cathode shows good chemical compatibility which, in turn, will make it a potent candidate as a PCFC cathode.
Hye Young Jung;Yong Seok Jun;Kwan-Young Lee;Hyun S. Park;Sung Ki Cho;Jong Hyun Jang
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.253-260
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2024
Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) is an efficient method for utilizing renewable energy sources such as wind and solar powers to produce green hydrogen. For PEMWE powered by renewable energy sources, its durability is a crucial factor in its performance since irregular and fluctuating characteristics of renewable energy sources, especially for wind power, can deteriorate the stability of PEMWE. Triangular voltage cycle is well able to simulate fluctuating wind power, but its effect on the durability has not been investigated extensively. In this study, the performance degradation of the PEMWE cell operated with the triangular voltage cycling was investigated at different ramping rates. The measured current responses during the cycling gradually decreased for both ramping rates, and I-V curve measurements before and after the cycling confirmed the degradation of the performances of PEMWE. For both measurements, the degradation rate was larger for 300 mV s-1 than 30 mV s-1, and they were determined as 0.36 and 1.26 mV h-1 (at the current density of 2 A cm-2) at the ramping rates of 30 and 300 mV s-1, respectively. The comparison with other studies on triangular voltage cycling also indicate that an increase in the ramping rate accelerates the deterioration of the PEMWE performance. X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy results showed that the Ir catalyst was oxidized and did not dissolve during the voltage cycling. This study suggests that the ramping rate of the triangular voltage cycling is an important factor for the evaluation of the durability of PEMWE cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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