• 한국가스학회지
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• 제28권2호
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• pp.17-23
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• 2024

탄소경제에서의 다양한 문제로 인하여 지속 가능하고 친환경적인 에너지에 관한 관심이 높아짐에 따라 수소를 주요 에너지원으로 활용하는 수소경제가 대두되고 있다. 수소를 생산하는 방법 중 재생에너지를 기반으로 한 수전해 방법은 물에서 수소를 생산하기 때문에 친환경적인 그린수소 생산이 가능하다. 현재 개발 중인 수전해 설비는 재생에너지로부터 직접 전기를 공급받아 수소를 생산하며 전해질로 KOH(수산화칼륨)를 사용한다. 본 연구에서는 알칼라인 수전해 설비에 대하여 정성적 위험성평가인 HAZOP(Hazard and Operability Study)을 진행하여 수전해 설비의 설계 및 운영상에서의 문제점, 위험요소들을 찾았다. 산소와 전해액인 KOH와 관련된 위험성이 주요 위험성으로 도출되었으며 비상조치계획 및 안전운전절차를 기반으로 하여 설비와 작업자의 안전성을 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.460-467
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• 2024

As the hydrogen economy receives attention, much research has been conducted on water electrolysis that can produce green hydrogen. After investigating the various risk factors that exist in the alkaline water electrolysis process through hazard and operability study and job safety analysis, which are risk assessments, measures to ensure safety were prepared and made into a manual. Possible risks that could occur during various emergency stop situations and operations were identified, and leakage of potassium hydroxide (KOH) and hydrogen used as electrolyte appeared to be the main risk. If you utilize a risk assessment for the relevant equipment when writing a manual, you will be able to prepare work procedures that substantially reduce risk factors.

• 공업화학전망
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• 제24권4호
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• pp.1-21
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• 2021

화석연료의 과도한 사용으로 유발된 기후변화 문제를 해결하기 위해 대체에너지의 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 재생가능하며 친환경적인 수소에너지가 실현가능한 궁극적 대안으로 주목받고 있다. 다양한 수소 생산 기술 중 물의 전기분해를 이용한 수전해 기술은 온실가스와 같은 오염물질을 배출하지 않으며 재생에너지와 연계하여 미이용 전력을 대용량 장주기로 저장할 수 있다는 장점이 있다. 수전해 장치는 수소와 산소를 발생하는 전극과 기체의 섞임을 방지하고 이온을 전달하는 분리막으로 구성되며 그 중 분리막은 수전해 장치의 효율과 안정성을 결정짓는 핵심 부품이다. 본 총설에서는 수전해 기술 중 저온 수전해에 해당하는 알칼라인 수전해(alkaline water electrolysis), 고분자전해질막 수전해(polymer electrolyte membrane water electrolysis)와 음이온교환막 수전해(anion exchange membrane water electrolysis)에 사용되는 분리막에 대한 특성을 분석하고 최근 연구 동향에 대해서 다루고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.610-617
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• 2017

This paper presents a study of the effect of thickness of porous Al-Ni electrodes, on the Hydrogen Evolution Reaction (HER) in alkaline media. As varying deposition time at 300 W DC sputtering power, the thickness of the Al-Ni electrodes was controlled from 1 to $20{\mu}m$. The heat treatment was carried out in $610^{\circ}C$, followed by selective leaching of the Al-rich phase. XRD studies confirmed the presence of $Al_3Ni_2$ intermetallic compounds after the heat treatment, indicating the diffusion of Ni from the Ni-rich phase to Al-rich phase. The porous structure of the Al-Ni electrodes after the selective leaching of Al was also confirmed in SEM-EDS analysis. The double layer capacitance ($C_{dl}$) and roughness factor ($R_f$) of the electrodes were increased for the thicker Al-Ni electrodes. As opposed to the general results in above, there were no further improvements of the HER activity in the case of the electrode thickness above $10{\mu}m$. This result may indicate that the $R_f$ is not the primary factor for the HER activity in alkaline media.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.55-60
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• 2022

As interest in sustainable and eco-friendly energy sources is increasing due to various problems in the carbon society, a hydrogen economy using hydrogen as a main energy source is emerging. While the natural gas reforming method generates carbon dioxide, the water electrolysis method based on renewable energy is eco-friendly. The water electrolysis device currently being developed uses a 2 Nm³/hr class alkaline aqueous solution as an electrolyte and produces hydrogen based on renewable energy. In this study, risk assessment was conducted for these water electrolysis devices

• 멤브레인
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• 제34권2호
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• pp.154-162
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• 2024

음이온 교환막은 수전해 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며, 생성된 수소와 산소 기체를 물리적으로 분리할 뿐만 아니라 전극 사이에서 수산화 이온의 선택적인 전달을 용이하게 한다. 음이온 교환막에 요구되는 특성은 수산화 이온에 대한 높은 전도도와 알칼리 환경에서의 화학적/기계적 안정성 등이 있다. 본 연구에서는 셀룰로오스 나노 크리스탈이 포함된 poly(terphenyl piperidinium) (qPTP/CNC) 복합매질분리막을 제조하였다. 고분자 매질로 사용된 poly(terphenyl piperidinium)은 super-acid 중합법을 통해 제조되었으며 이온전도성과 알칼라인 내구성이 뛰어난 소재로 알려져 있다. qPTP/CNC 분리막의 구조는 고분자와 나노 입자 계면의 공극이나 큰 응집체가 없는 조밀하고 균일한 형태를 나타냈다. CNC 나노 입자가 2wt% 첨가된 qPTP/CNC 분리막은 높은 이온교환용량(1.90 mmol/g)과 낮은 함수율(9.09%) 및 팽윤도(5.56%)를 보였다. 또한, 복합막은 수전해 작동 환경인 50℃ 1 M KOH에서 상용 FAA-3-50 분리막에 비해 월등히 낮은 저항과 우수한 알칼라인 내구성(384시간)을 달성했다. 이러한 결과는 친수성 첨가제인 CNC가 음이온 교환막의 이온 전도 특성과 알칼라인 내구성 향상에 기여할 수 있음을 보고하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.636-641
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• 2016

Alkaline water electrolysis is commercial hydrogen production technology. It is possible to operate MW scale plant. Because It used non-precious metal for electrode. But It has relatively low current density and low efficiency. In this study, research objective is development of anode for alkaline water electrolysis with low cost, high corrosion resistance and high efficiency. Stainless steel 316L (SUS 316L) was selected for a substrate of electrode. To improve corrosion resistance of substrate, Nickel (Ni) layer was electrodeposited on SUS 316L. Ni-Fe alloy was electrodeposited on the passivated Ni layer as active catalyst for oxygen evolution reaction(OER). We optimized preparation condition of Ni-Fe alloy electrodeposition by changing current density, electrodeposition time and composition ratio of Ni-Fe electrodeposition bath. This electrodes were electrochemically evaluated by using Linear sweep voltammetry (LSV) and Cyclic voltammetry (CV). The Ni-Fe alloy (Ni : Fe = 1 : 1) showed best activity of OER. The optimized electrode decreased overpotential about 40% at $100mA/cm^2$ compared with Ni anode.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.549-558
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• 2018

The overall efficiency depend on the overpotential of the oxygen evolution reaction in alkaline water electrolysis. Therefore, it is necessary to research to reduce the oxygen evolution overpotential of electrodes. In this study, Ni-Zn-Fe electrodes were prepared by electroplating and the surface area was increased by Zn leaching process. Electroplating variables were studied to optimize the plating parameters(electroplating current density, pH value of electroplating solution, Ni/Fe content ratio). Ni-Zn-Fe electrode, which is electroplated in a modified Watts bath, showed 0.294 V of overpotential at $0.1A/cm^2$. That result is better than that of Ni and Ni-Zn plated electrodes. As the electroplating current density of the Ni-Zn-Fe electrode increased, the particle size tended to increase and the overpotential of oxygen evolution reaction decreased. As reducing pH of electroplating solution from 4 to 2, Fe content in electrode and activity of oxygen evolution reaction decreased.

• 멤브레인
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• 제31권6호
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• pp.371-383
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• 2021

음이온 교환막은 수소를 생산할 수 있는 수전해와 수소 연료를 사용하여 전기 에너지를 사용할 수 있는 연료전지 시스템에 사용될 수 있다. 음이온 교환막은 알칼라인 조건에서 수산화 이온(OH^-) 전도를 기반으로 작동한다. 하지만, 음이온 교환막은 상대적으로 낮은 이온 전도도와 알칼라인 안정성을 보이기 때문에 아직 수전해 및 연료전지에 상용화되는 데 한계가 존재한다. 이를 해결하기 위해서는 고분자 구조를 합리적으로 설계하여 새로운 음이온 교환막 소재를 개발하는 것이 필수적이다. 특히, 고분자의 물성, 이온전도도, 그리고 알칼라인 안정성이 우수하게 유지될 수 있도록 고분자 구조 및 합성 방법 등을 제어하여 한다. 음이온 교환막 중에서 Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) 기반의 소재는 상용화 되어 접근이 용이하다. 또한, 다른 고분자에 비해 상대적으로 기계적인 특성 및 화학적 안정성이 높아 음이온 교환막 개발에 자주 사용되고 있다. 본 총설에서는 음이온 교환막에서 사용되는 PPO 기반의 고분자 소재 개발 전략 및 특성에 대해서 소개하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제31권2호
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• pp.133-144
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• 2021

알칼리 수전해 시스템은 다양한 수소 생산 공정 중에서 가장 온실가스 발생량이 적은 그린 수소를 생산하는 방식 중 가장 오래된 기술이다. 알칼리 수전해 시스템은 알칼리 조건에서 사용되며, 고분자 전해질막 수전해와는 다르게 니켈, 코발트, 은 등의 안정한 전이금속을 전극촉매로 사용할 수 있다. 이 시스템은 가격이 저렴하고 대용량화가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 알칼리 수전해 시스템은 20세기 초부터 MW급 수소발생장치에 적용되어 왔으며 현재 20여 개의 제조업체에서 상용제품을 판매하고 있는 안정화된 기술이다. 본 논문에서는 알칼라인 수전해의 기본원리 및 사용되는 촉매, 전극, 격막 등에 대해 알아보고 그 중 핵심소재인 격막의 연구개발 동향에 대해 살펴보고자 한다.