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Dead-end 모드 고분자 전해질 연료전지의 실험적 연구
지상훈(Sanghoon Ji),황용신(Yong-Sheen Hwang),최종원(Jong Won Choi),박준호(Joonho Park),장재혁(Jae Hyuk Jang),김민수(Min Soo Kim),차석원(Suk Won Cha) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11
In a PEMFC with flow-through mode, hydrogen gas is supplied with a stoichiometric factor higher than 1.0 to the anode side. Recirculation mode may be utilized using a pump or a compressor that makes the parasitic loss of the system. Dead-end mode with a blocked outlet is considered as one of methods for achieving a stoichiometric factor of 1.0. Gradual performance decrease with long-term operation in a deadend mode can be eased by purging. On the other hand, the excessively short purging cycle may decrease the fuel utilization. This research shows the effect of the dominant factors in a PEMFC with a dead-end anode.
수소에너지 주거건물의 운영비용 감축을 위한 연료전지 발전 부산물 활용기술에 관한 특허분석
지상훈(SangHoon Ji),김원재(WeonJae Kim) 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.12
친환경 에너지원으로 고려되는 수소의 수요가 증가하고 있고 이와 동시에 수소의 고효율 에너지변환이 가능한 설비인 연료전지의 시장 규모 또한 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 수소를 에너지원으로 하는 주거건물의 운영비용을 감축하기 위한 연료전지 발전 부산물 활용기술에 대한 특허분석을 통해 관련 기술의 지식재산권 확보를 위한 전략을 수립하는데 목적을 두고 있다. 본 특허분석은, 2019 년 10 월까지 출원 공개 및 등록된 한국, 미국, 일본 및 유럽의 특허를 대상으로 분석하며 전문가회의를 거쳐 확정된 중분류 및 소분류 기술 체계를 기준으로 정량분석 및 지표분석을 실시하였다. 특허분석을 통해, 2019년 10월까지 출원/공개/등록된 한국, 미국, 일본 및 유럽 특허를 조사하였고 전문가 토의를 바탕으로 기술분류체계 및 분류기준을 마련하였다. 특히, 수소에너지 주거건물의 운영비용 감축을 위해, 데드앤드 모드 운전을 통해 고분자전해질 연료전지 발전 시 생성되는 공기극 측 주요 부산물인 정화공기, 생성수분 및 산소희박 공기를 활용하는 시스템 및 방법으로 출원하여 권리화를 시도해 볼 수 있을 것으로 판단된다. The demand for hydrogen, which is considered an environmentally friendly energy source, is increasing, and at the same time, the fuel cell market is increasing continuously. This study aimed to establish a strategy for securing intellectual property rights on fuel cell by-product utilization technology for operating expenditure reduction of hydrogen-powered residential buildings. In this patent analysis, this study investigated Korean, American, Japanese, and European patents filed/published/registered by October 2019 and established a technical classification system and classification criteria through expert discussion. To reduce the operating expenditure of hydrogen-powered residential buildings, intellectual property rights will be improved using systems and methodologies involving cathode-side purified air, product water, and oxygen-depleted air captured with the dead-end mode operation of polymer electrolyte fuel cells.
해외 수소에너지 저명학회를 통해 살펴본 연료전지 혁신기술
지상훈(Sanghoon Ji) 대한기계학회 2019 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.7 No.1
본 논문에서는, 수소에너지의 전 과정을 전반적으로 논의하는, Fuel Cell Seminar & Energy Exposition 2017에서 발표된 연료전지 관련 혁신기술들을 검토한다. 검토 분야는 연료 전처리, 재료 가공, 부품 생산/연결, 시스템 설계, 작동 제어로 나눠진다. 검토된 혁신기술들의 주요 내용은 다음과 같다. 1) 수동 흡착 시스템은 탈황 공정의 복잡성을 대폭 낮추어준다. 2) 단열 연화 과정을 통한 고속 성형은 금속 분리판의 생산 비용을 대폭 낮추어준다. 3) 기능성 재료를 이용한 코팅은 금속 분리판의 내구성 이슈를 해결해준다. 4) 저 응력 기밀제를 사용하는 것은 고온 연료전지와의 양립성을 증대시켜준다. 5) 가역 연료전지 시스템은 연료전지/전기분해 시스템의 구성을 간소화한다. 6) 주기적인 전류차단은 직접 탄화수소 공급형 저온 연료전지의 지속적 작동을 가능하게 한다. In this paper, we review the fuel cell innovative technologies announced at Fuel Cell Seminar & Energy Exposition 2017, where the whole process of hydrogen energy is discussed. Reviewing area is listed as follows: fuel pre-treatment, material processing, component production/connection, system design, and operation control. The main contents of reviewed innovative technologies are as follows. 1) Passive sorbent systems provide a simple solution for desulfurization. 2) High velocity forming through adiabatic softening cuts manufacturing cost of metal bipolar plates. 3) Coating using functional materials solves the durability issue of metals bipolar plates. 4) Using low sealing stress compression gasket enhances compatibility with high-temperature fuel cells. 5) Regenerative fuel cell system simplifies the configuration of fuel cell and electrolysis systems. 6) Periodic current interruption enables the sustainable operation of direct hydrocarbon-fueled low-temperature fuel cells.
수소극 Dead-End 모드 고분자 전해질 연료전지의 실험적 연구
지상훈(Sanghoon Ji),황용신(Yong-Sheen Hwang),최종원(Jong Won Choi),이대영(Dae-Young Lee),박준호(Joonho Park),장재혁(Jae Hyuk Jang),김민수(Min Soo Kim),차석원(Suk Won Cha) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.6
출구부가 폐쇄된 데드앤드 모드 운전은 연료이용률이 높고, 부가장치 소모동력이 작기 때문에 소형 연료전지 분야에 널리 적용되고 있다. 하지만 수증기나 질소 등과 같은 불순물의 축적으로 인해 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 성능 저하의 요인 중 수분 축적의 영향을 알아보기 위해 부하 방식에 따른 거동, 퍼징 전후 분극 성능, 수분 축적 분포, 공기극 상대습도에 따른 성능을 알아보았다. 본 실험에 적용된 운전 조건에서의 성능 거동은 정전압 부하(0.4V)보다 정전류밀도 (600㎃/㎠)부하에서 보다 안정적으로 나타났다. 가시화 창을 통해 수소극에 축적된 대부분의 수분은 출구부에 가까운 부분에 분포함을 알 수 있었다. 또한 공기극 상대습도(0.15, 0.4, 0.75 RH)가 높아질수록 성능 유지 시간은 감소한 반면 성능 감소율은 증가하였다. 특히, 상대습도 0.15 에서의 성능 기준으로 평균출력밀도는 51% 증가하였고, 평균성능유지시간은 25% 감소하였다. Portable fuel cells are commonly operated in the dead-end mode because of such as high fuel utilization. However, the performance of such systems deteriorates continuously with an increase in the amount of by-products such as water vapor and nitrogen. In this study, to verify the effect of water vapor on Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs), constantload experiments were carried out for a current density of 600 ㎃/㎠ and a voltage of 0.4 V, respectively. The performance of the cell was more stable under constant voltage conditions than under constant current density conditions. Condensed water accumulated in the anode channel near the cell outlet. The experimental results show how the relative humidity (RH = 0.15, 0.4 and 0.75) of air at the cathode side affect the performance of PEMFCs with dead-end anode. At RH values higher than 0.15, the mean power density increased by up to 51% and the mean purge duration decreased by up to 25% compared to the corresponding initial values.