In order to improve polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) durability, the durability of membrane electrode assemblies (MEA), in which the electrochemical reactions actually occur, is one of the vital issues. Many articles have dealt with catalyst layer degradation of the durability-related factors on MEAs in relation to loss of catalyst surface area caused by agglomeration, dissolution, migration, formation of metal complexes and oxides, and/or instability of the carbon support. Degradation of catalyst layer during long-term operation includes cracking or delamination of the layer which result either from change in the catalyst microstructure or loss of electronic or ionic contact with the active surface, can result in apparent activity loss in the catalyst layer. Membrane degradation of the durability-related factors on MEAs can be caused by mechanical or thermal stress resulting in formation of pinholes and tears and/or by chemical attack of hydrogen peroxide radicals formed during the electrochemical reactions. All of these effects, the mechanical damage of membrane and degradation of catalyst layers are more facilitated by uneven stress or improper MEA fabrication process. In order to improve the PEMFC durability, therefore, it is most important to minimize the uneven stress or improper MEA fabrication process in the course of the fabrication of MEA. We analyzed the effects of the MEA fabrication condition on the PEMFC durability with MEA produced using CCM (catalyst coated membrane) method. This paper also investigated the effects of MEA fabrication condition on the PEMFC durability by adding additional treatment process, hot pressing and pressing, on the MEA produced using CCM method.
Cho Yong-Hun;Cho Yoon-Hwan;Park In-Su;Choi Baeckbom;Jung Dae-Sik;Sung Yung-Eun
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.291-295
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2005
The PEMFC behavior is quite complex and is influenced by several factors, including composition and structure of electrodes and membrane type. Fabrication of MFA is important factor for proton exchange membrane fuel cell. MFA of PEMFC with hot pressing and direct coating method were prepared, and performances were evaluated and compared each other. The effect of MEA preparation methods, hot pressing methods and direct coating methods, on the cell performance was analyzed by impedance spectroscopy and SEM. The performance of PEMFC wi th direct coat ing method was better than wi th hot pressing method because membrane internal resistance and membrane-:-interfacial resistance were reduced by elimination of hot pressing process in MEA fabrication. In addition the micro structure of MEA with direct coating method reveals uniform interface between membrane and catalyst layer.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.7
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pp.298-304
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2003
IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite) is a highly sensitive actuator that shows a large deformation in presence of low applied voltage. Generally, IPMC can be fabricated by electroless plating of platinum on both sides of a Nafion (perfluorosulfonic acid) film. When a commercial Nafion film is used as a base structure of the IPMC membrane, the micro-pump structure and the IPMC membrane are fabricated separately and then later assembled, which makes the fabrication inefficient. Therefore, fabrication of an IPMC membrane and the micro-pump structure on a single wafer without the need of assembly have been developed. The silicon wafer was partially etched to hold liquid Nafion to be casted and a 60-${\mu}{\textrm}{m}$ thick IPMC membrane was realized. IPMC membranes with various size were fabricated by casting and they showed 4-2${\mu}{\textrm}{m}$ displacements from $4mm{\times}4mm$ , $6mm{\times}6mm$, $8mm{\times}8mm$ membranes at the applied voltage ranging from 2Vp-p to 5Vp-p at 0.5Hz. The displacement of the fabricated IPMC membranes is fairly proportional to the membrane area and the applied voltage.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.230-234
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2005
Fabrication of MEA is important factor for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). MEA of PEMFC with hot pressing and direct coating method were prepared, and performances were evaluated and compared each other. The effect of MEA preparation methods, hot pressing methods and direct coating methods, on the cell performance was analyzed by impedance spectroscopy and SEM. The performance of PEMFC with direct coating method was better than with hot pressing method because membrane internal resistance and membrane-interfacial resistance were reduced by elimination of hot pressing process in MEA fabrication. In addition the micro structure of MEA with direct coating method reveals uniform interface between membrane and catalyst layer.
Dong Hyeok Baek;Youngmin Yoo;In-Chul Kim;You-In Park;Seung-Eun Nam;Young Hoon Cho
Membrane Journal
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v.34
no.1
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pp.79-86
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2024
The flat sheet membrane, one of the representative forms of polymeric membranes, is widely used from material research in laboratories to commercial membrane production due to its ease of fabrication. Porous polymeric flat sheet membranes used in microfiltration and ultrafiltration are mainly fabricated through phase separation processes, utilizing non-solvent-induced and vapor-induced phase separation methods. However, due to the nature of phase separation processes, variations between samples can easily occur depending on the surrounding environment and the experimenter, making it difficult to ensure reproducibility. Therefore, for scaling up and ensuring reproducibility of developed membrane fabrication technologies, there is a need for a controlled environment continuous large-area production device, such as a roll-to-roll manufacturing system. This research compared the changes in membrane characteristics due to differences in manufacturing environments when scaling up laboratory-scale fabrication technologies to roll-to-roll processes using knife and slot die coaters. By optimizing the continuous manufacturing process factors, uniformity of the membrane was ensured during large-area production.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.3
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pp.228-233
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2001
This paper presents the optimized design, fabrication and thermal characteristics of micro-heaters for thermal MEMS (micro elelctro mechanical system) applications usign SOI (Si-on-insulator) and trench structures. The micro-heater is based on a thermal measurement principle and contains for thermal isolation regions a 10㎛ thick Si membrane with oxide-filled trenches in the SOI membrane rim. The micro-heater was fabricated with Pt-RTD (resistance thermometer device) on the same substrate by suing MgO as medium layer. The thermal characteristics of the micro-heater wit the SOI membrane is 280$\^{C}$ at input power 0.9W; for the SOI membrane with 10 trenches, it is 580$\^{C}$ due to reduction of the external thermal loss. Therefore, the micro-heater with trenches in SOI membrane rim provides a powerful and versatile alternative technology for improving the performance of micro-thermal sensors and actuators.
This study demonstrates that low pressure membranes are the ideal choice for industrial and/or municipal wastewater treatment by showing some promising experimental results, understanding different membrane filtration models, studying the potential of membrane bioreactors (MBRs), considering ceramic membranes fabrication and illustrating the role of nanotechnology in membranes. Cost study calculations are included to determine the treatment cost as well as the initial cost of various membrane types. Results showed that integrated membranes are preferred over MBR in case of average capacities. However, higher capacity situations are the most economical choice for MBR. It is shown that the least treatment cost in MBR was about $0.13/m^3$. However, the $0.13/m^3$ is the theoretical cost which is very small compared to the actual average MBR treatment cost of $0.5/m^3$.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.569-572
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2000
This paper presents the optimized fabrication and thermal characteristics of micro-heaters for thermal MEMS applications using a SDB SOI substrate. The micro-heater is based on a thermal measurement principle and contains for thermal isolation regions a 10$\mu\textrm{m}$ thick silicon membrane with oxide-filled trenches in the SOI membrane rim. The micro-heater was fabricated with Pt-RTD(Resistance Thermometer Device)on the same substrate by using MgO as medium layer. The thermal characteristics of the micro-heater with the SOI membrane is 280$^{\circ}C$ at input Power 0.9 W; for the SOI membrane with 10 trenches, it is 580$^{\circ}C$ due to reduction of the external thermal loss. Therefore, the micro-heater with trenches in SOI membrane rim provides a powerful and versatile alternative technology for improving the performance of micro thermal sensors and actuators.
Palmarin, Matthew J.;Young, Stephanie;Lee, Tsun Ho
Membrane and Water Treatment
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v.6
no.1
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pp.15-26
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2015
The compact structure and high-quality effluent of membrane bioreactors make them well-suited for decentralized greywater reclamation. However, the occurrence of membrane fouling continues to limit their effectiveness. To address this concern, a unique membrane module configuration was developed for use in a decentralized greywater treatment system. The module featured local aeration directly below a series of inclined membrane bundles, giving the overall module a twisted appearance compared to a module with vertically orientated fibres. The intent of this design was to increase the frequency and intensity of collisions between rising air bubbles and the membrane surface. Material related to the construction of custom-fit modules is rarely communicated. Therefore, detailed design and assembly procedures were provided in this paper. The twisted module was compared to two commercially available modules with diverse specifications in order to assess the relative performance and marketability of the twisted module with respect to existing products. Contaminant removal efficiencies were determined in terms of biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, ammonia, total nitrogen, total phosphorus, and turbidity for each module. Membrane fouling was monitored in terms of permeate flux, transmembrane pressure, and membrane resistance. Following 168 h of operation, the twisted module configuration demonstrated competitive performance, indicating good potential for further development and commercialization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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