Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.10
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pp.95-101
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2021
An analysis was conducted to predict the behavior of gasket by applying an optimal-strain energy-density function selected through a uniaxial tensile test and an analysis of the gasket used in an actual hydrogen fuel cell. Among the models compared to predict the materials' properties, the Mooney-Rivlin secondary model showed the behavior most similar to the test results. The maximum stress of the gasket was not significantly different, depending on the location. The maximum surface pressure of the gasket was higher at positions "T" and "Y" than at other positions, owing to the branch-shape effect. In the future, a jig that can measure the surface pressure will be manufactured and a comparative verification study will be conducted between the test results and the analysis results.
HYUNSEUNG BYUN;YUNJI KU;JUHEE OH;JAESUNG BAN;YOUNGJIN RAH;JESEOL LEE;WONJUN CHO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.6
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pp.581-586
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2023
As the development of alternative energy is required due to the depletion of fossil fuels, interest in the use of hydrogen energy is increasing. Hydrogen is a promising clean energy source with high energy density and can lead to the application of environmentally friendly technologies. However, due to difficulties in production, storage, and transportation that prevent the application of hydrogen-based eco-friendly technology, research on reforming reactions using dimethyl ether (DME) is being conducted. Unlike other hydrocarbons, DME is attracting attention as a hydrogen carrier because it has excellent storage stability and transportability, and there is no C-C bond in the molecule. The reaction between DME and steam is one of the reforming processes with the highest hydrogen yield in theory at a temperature lower than that of other hydrocarbons. In this study, a hydrogen reforming device using DME was developed and a catalyst prepared by supporting Cu in alumina was put into a reactor to find optimal hydrogen production conditions for supplying hydrogen to fuel cells while changing reaction temperature (300-500℃), pressure (5-10 bar), and steam/carbon ratio (3:1 to 5:1).
It is important to accurately measure and control the relative humidity of humidified gas entering a PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell stack because the level of humidification strongly affects the performance and durability of the stack. Humidity measurement devices can be used to directly measure the relative humidity, but they cost much to be equipped and occupy spaces in a fuel cell system. We present soft sensors for predicting the relative humidity without actual humidity measuring devices. By combining FIR (finite impulse response) model with PLS (partial least square) and SVM (support vector machine) regression models, DPLS (dynamic PLS) and DSVM (dynamic SVM) soft sensors were developed to correctly estimate the relative humidity of humidified gases exiting a planar-type membrane humidifier. The DSVM soft sensor showed a better prediction performance than the DPLS one because it is able to capture nonlinear correlations between the relative humidity and the input data of the soft sensors. Without actual humidity sensors, the soft sensors presented in this work can be used to monitor and control the humidity in operation of PEM fuel cell systems.
Fuel cells are currently attracting tremendous interest because of their huge potential in stationary applications, in terms of substantiality of our energy use. They also offer environmental advantages, combining significantly higher efficiency with very much lower emission of SOx, NOx, and residual hydrocarbons, and significantly reduced $CO_{2}$ emissions compared to conventional power generation. The molten carbonate fuel cell (MCFC) was introduced from Fuel Cell Energy(FCE), which the one MCFC was operating by LNG and the other was operating by ADG. The ADG contains normally CH4, CO2 and various impurities such as sulfur compounds and siloxanes. Using the ADG as a fuel, MCFC have the potential to provide significant environmental and economic benefits. However, such impurities would be harmful to fuel cells. In this work, a purification process for the ADG was designed and installed in order to utilize the gas as a fuel for MCFC.
A Dead-end mode operation is one of the best way to maximize the gas usage rate. But, some components of fuel cell stack like gas diffusion layer(GDL) or membrane can be damaged in dead-end mode operation. In this study, a Large Scale Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) for a dead-end operation has been developed. The stack is composed with 4 cells which has over 400cm2 of active area. Hydrogen is used as a fuel, and oxygen is used as a oxidant. The dead-end operation performance was evaluated by a long-term dead-end mode operation. The fuel cell stack is operated over 1,500 hours in dead-end mode operating fuel cell test station. And the performance change of the fuel cell stack was investigated.
Durga, S.;Ponmani, K.;Kiruthika, S.;Muthukumaran, B.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.5
no.3
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pp.73-81
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2014
This paper describes the continuous flow operation of membraneless sodium perborate fuel cell using acid/alkaline bipolar electrolyte. Here, hydrazine is used as a fuel and sodium perborate is used as an oxidant under Alkaline-acid media configuration. Sodium perborate affords hydrogen peroxide in aqueous medium. In our operation, the laminar flow based microfluidic membranleless fuel cell achieved a maximum power density of $27.2mW\;cm^{-2}$ when using alkaline hydrazine as the anolyte and acidic perborate as the catholyte at room temperature with a fuel mixture flow rate of $0.3mL\;min^{-1}$. The simple planar structured membraneless sodium perborate fuel cell enables high design flexibility and easy integration of the microscale fuel cell into actual microfluidic systems and portable power applications.
New and renewable energy has attracted a significant attention since the Paris Agreement in 2015. Especially hydrogen energy is important for reducing greenhouse gas produced during transportation. The new government suggested that the eco-friendly vehicles, hydrogen infrastructure and the development of new and renewable energy are the major growth engines in the future. Hydrogen energy is also concerned as the main part of our economy in the national affairs. In the policy of Mission Innovation Strategy and the third Eco-Friendly Vehicle Master Plan, government presents the status, future direction, technical road map and distribution road map of hydrogen energy. With this trend, investments in the research and development on hydrogen and fuel cells have expanded and will continue to expand for the implementation of the policy. The cost reduction, technical innovation and the increase in the localization rate are required for the new and renewable energy, including hydrogen energy, to become the future growth engine.
Degree of membrane degradation in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) is mainly evaluated by the hydrogen crossover current density. The hydrogen crossover current density is measured by linear sweep voltammetry (LSV), which differs from the DOE protocol and the NEDO protocol. In this study, two protocols were compared during PEMFC operation and accelerated stress test. In the LSV method by the DOE method, the scan rate change affects the hydrogen crossover current density, but the NEDO method does not affect the hydrogen crossover current density. In the course of 15,000 cycles of polymer membrane wet/dry cycle, the DOE method was sensitive to membrane degradation, but the NEDO method was less sensitive to membrane degradation than the DOE method.
Fuel cells are suitable for a power plant of a unmanned aerial vehicle (UAV) as it is not only environmentally friendly and quiet but also more efficient than an internal combustion engine. A fuel cell hybrid UAV has better performance in endurance than a fuel cell only or battery only UAV. One of the key purposes of making fuel cell hybrid UAVs is having long endurance and now maximum 26 hours of flight is possible. Because optimal design and control methods for fuel cell hybrid UAVs are absolutely needed for their long endurance we have to check the methods. The aircraft made by using application-integrated design method has less BOP mass and better performances. The optimal design and control methods are generally based on computer simulations or Hardware-In-The-Loop simulations by using dynamic models for their design and control. The Hardware-In-The-Loop simulation (HILS) is to use a hardware device like a fuel cell stack as well as a simulation program and it allows for making optimally designed applications. This paper introduce efficient methods of design, control and evaluation for the fuel cell hybrid UAVs.
This study presents 0-dimensional model for solid oxide fuel cells(SOFCs). The physics of the cell and the simplifying assumptions are presented, and only hydrogen participates in the electrochemical reaction. The electrical potential is predicted using this model. The Butler-Volmer equation is used to describe the activation polarization and the exchange current density is changed according to the partial pressure of reactants and the temperature. The electrical conductivities of electrodes and an electrolyte are calculated for the ohmic polarization. Material characteristics and temperature affect those factors. Analysis of concentration polarization based on transport of gaseous species through porous electrodes is incorporated in this model. Both binary diffusion and Knudsen diffusion are considered as the diffusion mechanism. For validation, simulation results at this work are compared with our experimental results and numerical results by other researchers.
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