• 월간 기계설비
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• 통권225호
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• pp.67-78
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• 2009

전 세계적으로 수소연료전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 이미 미국, 일본, 캐나다 등 선진국에서는 수송용, 가정 상업용, 휴대용 등 다양한 용도의 연료전지 기술개발 및 보급에 나서고 있다. 우리나라는 아직 연구개발 및 실증단계에 머물러 있다. 정부는 2012년까지 연료전지 자동차 3,200대, 가정용 1만기, 상업용 2,000기, 분산전원용 300기를 보급하다는 목표로 연료전지 보급을 추진하고 있다. 연료전지 전문가들은 이러한 보급을 통해 급속한 가격인하가 예상돼 경쟁력 있는 기술과 상품으로 거듭날 것으로 전망하고 있다. 특히 동양건설산업이 세계 최초로 경기도 남양주에 연료전지 공동주택을 2010년 준공할 예정이어서 건설업계의 연료전지 주택 보급 활성화의 계기가 될 것으로 예상된다. 연료전지 자동차의 경우 수소충전소가 필요하다. 이러한 점에서 중장기적으로 수소충전소 설비 건설 분야가 설비건설업계의 새로운 시장이 될 가능성을 기대해볼 수 있다. 이번 호에서는 연료전지 기술 및 동향, 시공사례를 살펴본다.

• 기계와재료
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• 제21권2호
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• pp.24-49
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• 2009

분리판은 수소연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(powder density, W/L), 비출력(specific power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량/박형화가 이루어져야 하는 핵심부품이다. 이러한 저가의 경량/박형화 분리판 개발의 전제 조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기 수명 및 신뢰성을 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 본고에서는 지금까지의 수소연료전지, 특히 고분자전해질 연료전지를 중심으로 분리판에서 사용되는 소재 및 제조공정기술의 현황, 분리판 개발에서 요구되는 다양한 기술적인 요소 및 그 문제점을 중심으로 살펴봄으로써 고성능, 고내구성 분리판 소재 및 제조공정 개발의 발전방향에 대하여 고찰하였다.

• 멤브레인
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• 제34권2호
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• pp.140-145
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• 2024

에너지 패러다임의 변화가 요구되는 현대에 수소는 매력적인 에너지원이다. 이러한 수소를 정제하는 기술 중에서 분리막을 이용한 기술은 저비용으로 고순도의 수소를 정제할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 그러나 수소 분리 성능이 뛰어난 팔라듐(Pd)은 가격이 매우 비싸 이를 대체한 소재가 필요하다. 본 연구에서는 수소 투과 성능은 좋으나 수소 취성에 약한 니오븀(Nb)과 수소 투과 성능은 떨어지나 내구성이 뛰어난 니켈(Ni)과 지르코늄(Zr)을 혼합한 합금으로 분리막을 제조하여 1~4 bar, 350~450 ℃ 조건에서 수소 투과 특성을 확인하였다. Pd를 코팅하지 않은 Ni₄₈Nb₃₂Zr₂₀ 분리막의 경우 최대 0.69 ml/cm²/min의 투과량을 보였으며, Pd가 코팅된 경우에는 최대 13.05 ml/cm²/min의 투과량을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.359-359
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• 2009

투명전도 산화막 재료로 널리 사용되고 있는 ITO는 전기적 및 광학적 특성이 우수한 장점이 있으나, ITO의 주 재료인 인듐은 매장량이 적어서 가격이 고가인 단점이 있어 대체 재료의 개발이 시급한 상황이다. ITO 대체 TCO로 가장 유력한 후보인 Al doped ZnO(AZO)는 가시광을 투과하는 성질을 가지고 있고, 저온 공정이 가능하다는 장점뿐만 아니라 수소 분위기의 안정성 및 가격이 싸다는 장점이 있다. 본 연구에서는 양이온 금속원소(Al)과 음이온 할로겐 원소(F) 및 수소(H)를 co-doping한 ZnO 박막을 rf 마그네트론 스퍼터를 이용하여 증착한 뒤 도핑량과 진공중에서의 열처리에 따른 전기적 및 광학적 특성에 대해 고찰하였다. Al과 H를 co-doping한 ZnO의 박막의 경우 Al의 농도가 낮은 TCO박막이 전기적 특서에서 더 큰 향상을 보였으며, 동일한 F 함량에서는 H 함량이 늘어날수록 캐리어의 증가해 TCO박막의 전기적 특성이 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 진공중의 열처리에 따른 F와 H의 거동은 반대로 나타났다. 이 연구를 통해서 $36.2cm^2$/Vs의 높은 홀 이동도와 $2.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$의 낮은 비저항을 가지는 ZnO계 박막의 제조가 가능하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.215-215
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• 2012

급속한 산업의 발달은 심각한 환경오염 및 에너지 문제를 가져왔다. 이를 해결하기 위한 방안으로 수소에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 수소에너지를 생산하는 방법 중 하나로 태양에너지를 원천으로 하는 광촉매(photocatalyst)에 대한 연구가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 현재 광촉매로 가장 많이 사용되는 $TiO_2$의 경우, 뛰어난 광활성과 저렴한 가격, 광 안정성, 화학적 안정성을 가짐에도 불구하고, 3.2 eV라는 넓은 band gap을 가지기 때문에 385 nm 이상의 긴 파장을 갖는 가시광선은 흡수할 수 없다. 또한, 광촉매 반응과정 중 recombination으로 인한 효율의 손실이 크기 때문에 이러한 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 ICP-assisted DC magnetron sputtering 방법을 이용하여 높은 결정성을 갖는 $TiO_2$ 박막을 제조하였다. 제작된 $TiO_2$ 박막은 높은 광촉매 특성을 나타냈으며, 또한 $TiO_2$의 anatase phase와 rutile phase의 bilayer structure를 통하여 recombination을 감소시킴으로써 높은 효율을 갖는 광촉매를 제작하였다. 박막의 chemical state와 crystallinity를 확인하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy와 X-ray diffractometer를 이용하여 분석을 수행하였으며, 물 분해 장치(water splitting device)를 제작하여 수소와 산소 생성시 흐르는 전류를 측정하여 광촉매 특성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2012

미생물 연료전지는 정부가 추진하고 있는 신성장 동력사업의 녹색성장 정책에 부합하는 환경융합 신기술로써 일상생활에서 배출되는 하 폐수와 같은 유기물질을 전자공여체로 이용하여 전기에너지를 생산 할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 미생물 연료전지는 산화전극부의 미생물이 공급된 유기물질 을 분해하여 전자와 수소이온을 생성시키며 이들은 산소가 존재하는 환원전극부로 이동하여 물로 환원 됨 으로써 전기를 생성한다. 전기 화학적 성능의 향상을 위해 미생물 연료전지에서는 환원전극부에 서의 산소와 전자 및 수소이온의 빠른 환원반응을 유도해 주는 Pt촉매를 이용한다. 하지만 고가의 Pt 촉매는 미생물 연료전지의 현장적용을 위한 규모확장 시 초기비용이 증가되는 문제점을 초래한다. 이에 미생물 연료전지의 대체촉매 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 화학적 연료전지에 관한 논문에서 연료전지의 촉매로 산소 환원반응에 높은 성능을 보이는 Co-N/C 형태의 Cobalt poly-pyrrole carbon가 제시 되었다. 이는 가격적인 측면에서는 Pt촉매의 약1/10배 정도 수준이지만 셀 성능은 Pt촉매의 95%정도의 효율을 보인다는 측면에서 향후 Pt 대체촉매로 가능성을 보여주는 새로운 비금속 촉매물질이다. Cobalt poly-pyrrole carbon이 Pt-catalsyt 셀 전압 성능 대비 약 66 %의 효율을 보였고 내부저항과 최대전력 밀도에 있어서도 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매의 성능보다 높음을 알 수 있었다. 본 연구는 Pt-catalsyt를 대체할 수 있는 저가의 산소환원 촉매물질 발굴을 위해 미생물연료전지에서 사용된 전례가 없으며 현재 화학전지의 촉매로 널리 쓰이고 있는 Cobalt poly-pyrrole carbon의 산소환원 촉매로써의 이용가능성을 평가하기 위해 실시되었으며, 평가한 결과는 첫 번째로 Cobalt poly-pyrrole carbon을 사용한 경우가 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매보다 환원 전극부에서의 원활한 환원작용이 진행되고 있음을 추측할 수 있으며 Pt-catalyst와 비교하였을 때 성능 대비 저렴한 가격으로 가격 경쟁력에 있어서 우월하다고 판단되었고 두 번째로 전기화학적 성능평가 및 EIS를 이용한 환원전극부의 내부저항 평가를 실시한 결과 셀 전압에 있어서 가장 많은 도말량 ($2.0mg/cm^2$)이 높은 성능을 보이고 있음을 알 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.595-603
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• 2010

This paper deals with an economic evaluation of domestic window type photoelectrochemical hydrogen production utilizing solar cells. We make some sensitivity analysis of hydrogen production prices by changing the values of input factors such as the initial capital cost, the solar to hydrogen conversion efficiency, and the system duration time. The hydrogen production price of the window type photoelectrochemical system was estimated as 1,168,972 won/$kgH_2$. It is expected that hydrogen production cost can be reduced to 47,601 won/$kgH_2$ if the solar to hydrogen conversion efficiency is increased to 14%, the system duration time is increased to 20,000 hours, and the initial capital cost is decreased to 25% of the current level. We also evaluate the hydrogen production cost of the water electrolysis using the electricity produced by solar cells. The corresponding hydrogen production cost was estimated as 37,838 won/$kgH_2$. The photoelectrochemical hydrogen production is evaluated as uneconomical at this time, and we need to enhance the solar to hydrogen conversion efficiency and the system duration time as well as to reduce prices of the system facilities.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.829-831
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• 2009

폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.68.1-68.1
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• 2017

수소에너지의 무한한 가능성이 주목됨에 따라 과전압이 높은 산소 발생 촉매의 효율 향상 및 제작비용의 절감은 중요한 문제가 되어왔다. 백금계 촉매는 높은 효율과 낮은 과전압을 가지고 있지만 적은 매장량과 비싼 가격으로 수전해의 상용화에 큰 장애물이 되어왔다. 전이 금속 산화물 촉매는 가격이 저렴하고 형상과 크기 등에 따라 백금계 촉매에 비등한 성능을 발휘할 수 있다. 본 발표에서는 산소발생을 위한 촉매로서 Cu와 Co를 co-precipitation법을 이용하여 $Cu_xCo_{(3-x)}O_4$를 제작하고 이를 셀, 스택에 적용한 방법을 소개한다. 본문에서는 용액의 pH를 다르게 합성하여 Cu와 Co의 비율을 변화시켜 형상, 결정성을 조절할 수 있었고, 이러한 다른 조건에서 산소 발생 성능의 변화를 측정하였다. 최종적으로 최적의 성능을 나타내는 산소 발생 촉매를 셀 및 스택에 적용하여 실제적인 성능을 측정하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.167-170
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• 2009

최근 에너지 사용이 획기적으로 증가함에 따라 효율적인 에너지 사용이 필요하게 되었다. 특히 건물에서 벽체보다 에너지 손실이 많이 발생하는 창호의 경우 단열성능이 좋은 고효율 진공유리의 사용이 절실하나, 가격 및 성능 등의 문제로 보급화가 늦어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 저가형 고효율 진공유리 개발을 위한 기초 연구로써 유리 용접용 수소-산소 혼합가스 토치 개발하기 위한 열해석을 수행하였다. 주로 토치의 형상, 노즐 배치 및 직경 변경을 통한 토치 최적화를 수행하였다.