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dc.contributor.advisor Han, Byung Chan -
dc.contributor.author Byun, Sang Heum -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:50:54Z -
dc.date.available 2016-05-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2014 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002262510 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1373 -
dc.description.abstract Long-term durability of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) is the main bottleneck to a wide-scale of commercialization for the power sources of various devices. Over the last several decades focused researches have been conducted to investigate its mechanism but still isolated facts and mechanisms have been found. In this thesis, in-situ electrochemical measurements and scanning electron microscope (SEM) which belongs to ex-situ measurement were conducted to investigate the systematic analysis for degradation mechanisms of PEMFC
under three modes of Accelerated Stress Test (AST)methods. The objectives of the thesis are to determine the causes of degradations and mechanisms by identifying microstructural changes in the PEMFC especially in MEA. To achieve the goals, we made the MEA and prepare other components of PEMFC to setup the PEMFC single cell system. Three different modes of AST were applied to study degradation behaviors in fast time. Polarization curve,
high frequency resistance (HFR) and cyclic voltammetry (CV) were conducted to estimate the changes of performance of cell which indicates the whole reaction rate of single cell, the contacts between the components of MEA and electrochemical surface area (ECSA) which indicates the active Pt surface area. Activation overvoltage and the Tafel slope take a role to identify degradation mechanism related to characteristics of Pt. Limiting current density and contribution of mass transport overvoltage feeding low concentration reactants show the direct trends of mass transport of reactants. Our results indicate that the collapse of carbon support and the subsequent local environment which surrounds carbon support is the major factors controlling the long-term durability of a PEMFC at AST on carbon support materials. Contact loss of ionomer with support and catalyst degradation simultaneously occur at AST on catalyst
materials. With relatively high temperature and low relative humidity (RH) conditions, pinhole formations may be the reason of membrane/ionomer degradation. ⓒ 2014 DGIST
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dc.description.tableofcontents Chapter1. Introduction 1 --
1.1 Introduction to PEM fuel cells 1 --
1.2 Objective of thesis 5 --
Chapter2. Experimental 6 --
2.1 Preparation of MEA & components 6 --
2.2 Electrochemical measurements 6 --
2.3 Accelerated stress tests 7 --
2.4 Structural characterization of MEAs by SEM 9 --
Chapter3. Results and discussion 10 --
3.1 Microstructural changes of MEA using AST on catalyst materials 10 --
3.2 Microstructural changes of MEA using AST on support materials 16 --
3.3 Microstructural changes of MEA using AST on membrane/ionomer materials 22 --
3.4 Integrated discussions 28 --
Chapter4. Conclusions 34 --
References 36 --
Summary (국문요약) 39
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dc.format.extent 39 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject AST -
dc.subject Limiting current density -
dc.subject Degradation -
dc.subject Durability -
dc.subject PEMFC -
dc.subject 가속스트레스시험 -
dc.subject 한계전류밀도 -
dc.subject 열화 -
dc.subject 내구성 -
dc.subject 고분자전해질 연료전지 -
dc.title Experimental Study on the Degradation Mechanisms of Proton Exchange Membrane Fuel Cells Using the Accelerated Stress Test Method -
dc.title.alternative 가속스트레스시험 방법을 이용한 고분자전해질 연료전지의 열화 기작에 관한 실험적 연구 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2262510 -
dc.description.alternativeAbstract 고효율의 녹색 에너지인 연료전지는 내구성의 문제로 특히 연료전지 자동차의 상용화에 어려움을 겪고 있다. 또한 내구성에 관한 연구가 계속 진행되고 있지만 여전히 단편적인 열화 기작들만 제시되어 왔다. 본 연구에서는 전기화학적방법들과 전자주사현미경 측정을 통해 가속스트레스시험이 진행됨에 따른 막전 극접합체의 미세구조 변화를 평가하였다. 그리고 그에 따른 열화의 각 요소들을 검증해 나가면서 열화기작과 열화의 요인들을 체계적으로 분석하였다. 본 연구를 수행하기 위해서 먼저 막전극접합체를 제작하고 셀의 다른 요소들을 준비하여 실험 시스템을 꾸몄으며 주로 열화시키는 셀의 요소들이 서로 다른 세가지 종류의 가속스트레스시험 방법을 통하여 충분히 빠른 시간 안에 실제의 상황을 재현해보려 하였다. 분극곡선과 고주파저항 그리고 순환전압전류법을 통하여 셀의 열화경향성과 각 셀의 요소들간의 연결도 그리고 전기화학적 활성 비표면적의 변화를 살펴보았고 타펠 기울기와 활성화 과전압을 통하여 백금입자의 성질에 대한 해석을 가능케 하였다. 한계 전류밀도와 반응물의 공급의 저항에 대한기여도는 반응물의 공급 정도를 직관적으로 알 수 있게 해 준다. 이를 통해서 본 실험에서는 탄소 지지체의 무너짐과 그에 따른 환경의 변화가 탄소 지지체 물질에 대한 가속스트레스시험 에서의 열화에 대한 주요인이며, 아이오노머와 지지체의 연결도와 촉매의 열화가 동시에 촉매 물질 열화에 대한 가속스트레스 시험 에서의 열화에 대한 주요인이며 막 및 아이오노머에 대한 가속스트레스시험 에서는 핀홀의 형성이 열화에 대한 주요인인 것을 알 수 있었다. ⓒ 2014 DGIST -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Systems Engineering -
dc.contributor.coadvisor Yoon, Young Gi -
dc.date.awarded 2014. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-05-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 에너지시스템공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Byun, Sang Heum -
dc.contributor.affiliatedAuthor Han, Byung Chan -
dc.contributor.alternativeName 변상흠 -
dc.contributor.alternativeName 한병찬 -
dc.contributor.alternativeName 윤영기 -
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Department of Energy Science and Engineering Theses Master

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