Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) are emerging as reliable energy conversion devices for stationary power generation due to their high efficiency and environmental benefits. However, achieving long-term durability remains a critical challenge for commercialization. This study investigates the performance and degradation behavior of a PEMFC stack under 360 hours of constant current operation at approximately 0.22-0.23 A/cm², delivering a stack output of 1.5 kW. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was employed to diagnose cell degradation, revealing increases in ohmic and charge transfer resistances over time. The results highlight the importance of uniform cell performance within the stack to prevent output limitations. Furthermore, we propose a framework for Remaining Useful Life (RUL) prediction to enhance system reliability. Future work will focus on applying these diagnostic techniques under varied operating conditions and integrating machine learning for advanced predictive models, aiming to support the development of stable, long-life PEMFC systems for stationary energy applications.

Researchers have made significant strides in developing high-performance anode-supported tubular solid oxide fuel cells (SOFCs). These cells feature a thin, dense electrolyte made of Ba(Zr0.1Ce0.7Y0.2)O3-δ (BZCY). The fabrication process involved several key steps. First, fine BZCY powder was prepared using a co-precipitation method. Next, Ni-BZCY anode tubes were created via an extrusion process, boasting a 34 % porosity and an average pore size of 0.381 μm. To optimize cell performance, a Ni-BZCY/BZCY nanocomposite slurry was applied as an anode functional layer (AFL) using a dip-coating method. The BZCY electrolyte itself was then coated with a vacuum slurry coating, and finally, an LSCF-BZCY cathode was added, prepared with dip-coating methods. Impedance analysis, conducted under open-circuit conditions at 700 °C, revealed impressive electrical characteristics. The BZCY electrolyte showed an ohmic resistance of approximately 0.79 Ωcm-2 and a very low polarization resistance of about 0.036 Ωcm-2. When tested in a humidified hydrogen atmosphere (3 % H2O) at temperatures ranging from 600 °C to 700 °C, these tubular BZCY cells delivered outstanding power output. Specifically, they achieved a remarkable maximum power density of roughly 0.51 Wcm-2 at 700 °C. This research highlights the potential of these advanced tubular solid oxide fuel cells based on the BZCY as a proton conductor for efficient energy conversion.

연료전지 핵심 소재인 고분자 전해질막은 높은 내화학성과 수소이온전도성을 갖는 과불소계 술폰산 이오노머가 주로 사용된다. 하지만 이러한 이오노머조차도 연료전지 구동 중 발생하는 라디칼 공격으로 인해 화학적 분해가 발생하여 장 기 내구성 확보에 어려움을 겪고 있다. 이를 완화하기 위해 라디칼 스캐빈저로 도입이 간편한 이온형 산화방지제를 적용하고 있으나, 연료전지 구동 중 전극 간 전위차에 의해 세륨 이온이 이동(cerium ion migration)하는 현상으로 스캐빈저 효과가 감 소하는 문제가 있다. 본 연구에서는 강화막 내에서 세륨 이온의 이동성을 조절하기 위한 방안으로 폴리에틸렌글리콜(PEG) 도입을 제시하였으며, 이를 통해 PEG 도입이 강화막의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다.

For the commercialization of bipolar plates, several properties must be considered together. Electrical conductivity, corrosion resistance, contact resistance, mechanical strength, and light weight are essential evaluation factors, with corrosion resistance and durability being significant for unitized regenerative fuel cells (URFCs), which must operate in electrolysis and fuel cell mode. However, improving both properties is challenging, since corrosion resistance is largely inversely proportional to conductivity. In this study, to improve both properties together, composites composed of Pb and Zn with excellent conductivity and corrosion resistance were prepared with graphite powder and formed as a coating layer on the surface of 304 stainless steel (SS304) and evaluated for electrical conductivity and corrosion resistance. Among the ZnPb/C composites prepared at various ratios, Zn8Pb2/C exhibited the lowest transmittance resistance of 1.566 Ω, and improved electrical conductivity and durability compared to bare SS304.

세계적인 탄소중립 정책 추진과 수소 에너지 수요 증가에 따라 고분자 전해질 수전해 및 연료전지 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 해당 기술의 핵심 소재인 과불소계 술폰산 이오노머는 우수한 전기화학적 특성과 화학적 안정성을 가지고 있지만, 높은 제조비용, 한정된 공급망, 강화되는 환경 규제와 같은 문제로 인해 효과적인 재활용 및 재제조 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 초임계 분산 기술을 통해 전해질막 및 막-전극접합체의 제조과정에서 발생하는 고활성을 갖는 전해질막 스크랩을 연료전지 전극바인더로 재제조하는 방법을 제시하고자 한다.

고온 구동형 고분자 전해질 막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 구동 중 발생되는 불순물에 대한 내성이 높고 물관리가 용이하며 고순도의 가스를 연료로 사용하지 않아도 되는 장점을 갖는 다. HT-PEMFC는 인산이 도핑된 막을 통해 수소이온이 전도되기 때문에 전해질 막의 높은 인산의 유지율이 요구된다. 본 총 설에서는 인산의 침출을 방지하여 고성능의 HT-PEMFC용 고분자 전해질 막을 개발하기 위해 1) 인산이 도핑된 전해질 막의 인산 침출에 영향을 미치는 요소를 파악한 후, 이를 개선하기 위해 2) 폴리벤즈이미다졸 기반 막과 인산과의 상호작용을 강 화하여 인산 침출을 방지할 수 있도록 고분자 구조 설계를 진행한 연구와 3) 이오노머의 이온교환 작용기와 인산과의 이온 쌍 상호작용을 통해 인산의 침출을 방지할 수 있도록 이오노머 구조 설계를 진행한 연구들에 대해 살펴보고자 한다.