In this manuscript, in order to reduce methanol permeability and, at the same time, to increase proton conductivity THS-PSA containing silica compound, responsible for methanol permeability reduction, and sulfonic acid, responsible for proton conductivity enhancement, was applied onto PVA/PSSA-MA membranes. And in order to improve durability, the resulting membranes, PVA/PSSAMA/THS-PSA, were exposed to 500ppm F2 gas at varying reaction times. The surface-fluorinated membranes were characterized through the measurement of contact angles, thermo-gravimetric analysis, and X-ray photoelectron spectroscopy to observe the physico-chemical changes. For the evaluation of the electro-chemical changes in the resulting membranes, its water contents, ion exchange capacity, proton conductivity, and methanol permeability were measured and then compared with the commercial membrane, Nafion 115. Finally, the membran electrode assembly(MEA) was prepared and the cell voltage against the current density was measured. As fluorination time increased, the contents of F2 increased up to maximum 4.3% and to depth of 50 nm. At 60 min of fluorination, the proton conductivity was 0.036 S/cm, larger than Nafion 115 at 0.024 S/cm, and the methanol permeability was $9.26E-08cm^2/s$, less than Nafion 115 at $1.17E-06cm^2/s$.
This paper describes the preliminary study on the development of multi-stage membrane demonstration plant for removal of carbon dioxide from flue gas stream being emitted from LNG boiler in thermal power generation plant. The prerequisite requirement is to design and develop the membrane process producing a $99\%\;CO_2$ with $90\%$ recovery from LNG flue gas of 1,000 $Nm^3$/day. Asymmetric polyethersulfone hollow fiber membranes and membrane modules developed in this laboratory[1] were used in this study. Using the permeation data for the hollow fiber membranes, modelling on the membrane module and multi-stage membrane process was done to meet the requirement condition of the process design. The effects of the operating pressure of feed and permeate side and feed concentration on $CO_2$ purity and recovery were investigated experimentally with the developed hollow fiber modules. These experimental results matched well with theoretical modelling results.
Huge amount of $CH_4$ mixtures has been emitted from landfills and organic wastes via anaerobic digestion. The recovery of high purity $CH_4$ from these gases has two merits: reduction of green house gases and production of renewable fuels. Membrane technology based on polymeric materials can be used in this application. In this study, asymmetric gas separation hollow fiber membranes were fabricated to develop the membrane-based bio-gas purification process. Polyethersulfone (PES) was chosen as a polymer materials because of high $CO_2$ permeability of 3.4 barrer and $CO_2/CH_4$ selectivity of 50[1]. Acetone was used as a non-solvent additive because of its unique swelling power for PES and highly volatile character. The prepared PES hollow fiber showed excellent separation properties: 36 GPU of $CO_2$ permeance and 46 of $CO_2/CH_4$ selectivity at optimized preparation conditions: 9wt% acetone content, 10cm air-gap and 4wt% PDMS coating processes. With the PES hollow fiber membranes developed, mixed $CO_2/CH_4$ test was done by changing various operating conditions such as pressures and feed compositions to meet the highest recovery of CH4 with 95% purity. High $CH_4$ recovery of 58 wt% was observed at 10 atm feed pressure for the 50 vol% of $CO_2$ in $CO_2/CH_4$ mixture.
화석연료의 고갈과 온실가스 배출의 증가로 지속 가능한 친환경 에너지 생산이 요구되는 가운데, 태양광 발전은 이러한 조건을 만족시키는 에너지 생산 방안으로 주목받고 있다. 태양광 발전은 태양 직사광을 이용한 발전 방법 때문에 실외에 설치되어야 하며 이에 따라 외부의 충격이나 오염물질로부터 태양전지 패널을 보호하기 위한 보호층이 필수적이다. 그러나 보호층에 의한 입사광의 반사 및 먼지나 황사에 의한 보호층의 오염 등은 태양전지의 발전 효율을 감소시키는 요인으로 작용하여 이에 대한 대응이 필요하다. 본 연구에서는 PET 필름에 나노 임프린트 리소그래피 및 핫 엠보싱 공정을 이용하여 moth-eye 반사방지 패턴을 형성함으로써 보호층에서의 입사광 반사를 억제하였다. 또한, 이러한 반사방지 패턴에 초소수성 자기조립단분자막을 코팅하여 표면 에너지를 낮춤으로써 먼지 및 황사에 의해 오염되었을 경우에도 빗물에 의해 오염 물질이 쉽게 씻겨 내릴 수 있는 자정기능을 부여하였다. 이러한 반사방지를 통한 입사광 투과량의 향상 및 초소수성 표면에 의한 자정작용에 의하여 태양전지의 발전 효율이 증가되었다.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.570-570
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2012
그래핀(graphene)은 육각형의 탄소원자 한층으로 이루어진 이차원 구조체로써 우수한 물리적, 전기적 특성으로 인해 다양한 분야에서 응요을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 그래핀과 금속 나노입자의 복합구조는 수소 저장체, 가스센서, 연료전지, 화학 촉매등의 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 현재까지 그래핀/금속나노입자 복합구조의 제작 방법에는 열증발(thermal evaporation), 전기도금법(electrodeposition), 표면 기능화(surface functionalization)를 이용한 방법이 보고되었다. 하지만 이러한 방법은 긴 공정시간이 요구되며, 나노입자의 크기 분포가 넓다는 단점을 지닌다. 본 연구에서는 화학기상증착법을 통해 합성된 그래핀이 전사된 SiO2 (300nm)/Si 기판에 염화기가 포함된 백금 화합물 분산용액을 스핀코팅(spin-coating)하고 MeV 전자빔을 조사하여 Pt/grapheme 복합구조를 형성하였다. 이 방법은 균일한 크기 분포의 나노입자의 형성이 가능하며, 간단하고, 대면적 공정이 가능하며, 다른 방법에 비해 그래핀의 결함형성이 적다는 장점을 지닌다. Pt/grapheme 의 기하학적 구조를 주사전자현미경(scanning electron microscopy)와 투과전자현미경(transimission)을 통해 분석하였고, Pt와 graphene의 일함수(workfunction)의 차이에 의해 야기되는 전하이동에 의한 도핑(doping)현상을 라만 분광기(Raman spectroscopy)와 X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 분석하였다.
Jayasekara, Shanika N.;Na, Wook H.;Owolabi, Abdulhameed B.;Lee, Jong W.;Rasheed, Adnan;Kim, Hyeon T.;Lee, Hyun W.
Journal of Bio-Environment Control
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v.27
no.1
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pp.46-53
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2018
This study was conducted to determine which greenhouse provided good environmental conditions for strawberry production, and performed better at conserving energy. Temperature, RH, VPD, $CO_2$, solar radiation, yield, and fuel consumption were the parameters analyzed. The temperatures of both greenhouses were well controlled in order to provide optimal day and night temperatures for strawberry production. The air inflated double layer greenhouse had higher RH values (more than 90% at night), which led to higher disease occurrence, in comparison to the conventional double layer greenhouse. Furthermore, the air inflated double layer greenhouse had lower VPD values than the conventional double layer greenhouse. Therefore, better RH and VPD were observed in the conventional double layer greenhouse. Higher $CO_2$ concentration was observed in the air inflated double layer greenhouse while the conventional double layer greenhouse ventilated better than the air inflated greenhouse, because of its side ventilators. Moreover, higher solar radiation in the conventional double layer greenhouse resulted in higher yield, in comparison to the air inflated double layer greenhouse. Thus, we can conclude that the conventional double layer greenhouse provided a better environment for crop growth, in comparison to the air inflated double layer greenhouse. Regarding fuel consumption, the air inflated double layer greenhouse had lower fuel consumption than the conventional double layer greenhouse. Therefore, from an energy consumption point of view, we can conclude that the air inflated double layer greenhouse performed better than the conventional double layer greenhouse.
In this study, polymer composite membranes based on sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) were prepared using a solution casting method with different amount of vermiculite (VMT) content. The dispersion of VMT particles in the SPAES matrix was confirmed by means of a scanning electron microscopy observation. The composite membrane containing less than 1 wt% of VMT has a smooth skin on the top and bottom, which means there is a good dispersion of VMT in the matrix. The water uptake of the composite membranes gradually increases as the temperature increases, and the results confirm that all the adsorbed water is bound water because VMT has a strong water affinity on account of its high cation exchange value. A composite membrane with a VMT content of less than 1 wt% increases the proton conductivity and reduces the methanol permeability. Of all the composite membranes, the membrane SPAES/VMT 1.0 has the best fuel cell performance in terms of membrane selectivity. The performance value of SPAES/VMT 1.0 is double that of Nafion 112, which suggests that SPAES/VMT1.0 could be an excellent candidate for direct methanol fuel cells.
Kim, Dowan;Lee, Sunghwan;Lim, Jongsuk;Lee, Seangwock
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.97-104
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2015
This study is a part of the high pressure injection system development on the Turbo GDI engine in order to reduce smoke emission in case of using the low volatile(high DI) fuel which is used as normal gasoline fuel in the US market. Firstly, theoretical approach was done regarding gasoline fuel property, performance, definition of particle matters and its creation as well as problems of the high DI fuel. In this experimental study, 2L Turbo GDI engine was selected and optimized system parameter was inspected by changing fuel, fuel injection mode (single/multiple), fuel pressure, distance between injector tip and combustion chamber, start of injection, intake valve timing in engine dyno at all engine speed range with full load. In case of normal gasoline fuel, opacity was contained within 2% in all conditions. On the other hands, in case of low volatile fuel (high DI fuel), it was confirmed that the opacity was rapidly increased above 5,000 rpm at 14.5 ~ 20 MPa of fuel pressure and there were almost no differences on the opacity(smoke) between 17 MPa and 20 MPa fuel pressure. According to the SOI retard, smoke decrease tendency was observed but intake valve close timing change has almost no impact on the smoke level in this area. Consequently, smoke decrease was observed and 16% at 6000rpm respectively with injector washer ring installed. By removing injector washer to make injector tip closer to the combustion chamber, smoke decrease was observed by 46% at 5,500 rpm, 42% at 6,000 rpm. It is assumed that the fuel injection interaction with cylinder head, piston head, intake and exhaust valve is reduced so that impingement is reduced in local area.
Ko, Hansol;Kim, Mijeong;Nam, Sang Yong;Kim, Kihyun
Membrane Journal
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v.30
no.6
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pp.395-408
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2020
Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have gained much attention as eco-friendly energy conversion devices without emission of environmental pollutant. Polymer electrolyte membrane (PEM) that can transfer proton from anode to cathode and also prevent fuel cross-over has been regarded as a key component of PEMFCs. Although perfluorinated polymer membranes such as Nafion® were already commercialized in PEMFCs, their high cost and toxic byproduct generated by degradation have still limited the wide spread of PEMFCs. To overcome these issues, development of hydrocarbon based PEMs have been studied. Incorporation of cross-linked structure into the hydrocarbon based PEM system has been reported to fabricate the PEMs showing both high proton conductivity and outstanding physicochemical stability. This study focused on the various cross-linking strategies to the preparation of cross-linked PEMs based on hydrocarbon polymers with ion conducting groups for application in PEMFCs.
Polymer electrolyte membrane (PEM) serving as a separator that can prevent the permeation of unreacted fuels as well as an electrolyte that selectively transports protons from the anode to the cathode has been considered a key component of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). The perfluorinated sulfonic acid-based PEMs, represented by Nafion®, have been commercialized in PEMFC systems due to their high proton conductivity and chemical stability. Nevertheless, these PEMs have several inherent drawbacks including high manufacturing costs by the complex synthetic processes and environmental problems caused by producing the toxic gases. Although numerous studies are underway to address these drawbacks including the development of sulfonated hydrocarbon polymer-based PEMs (SHP-PEMs), which can easily control the polymer structures, further improvement of PEM performances and durability is necessary for practical PEMFC applications. Therefore, this study focused on the various strategies for the development of SHP-PEMs with outstanding performance and durability by 1) introducing cross-linked structures, 2) incorporating organic/inorganic composites, and 3) fabricating reinforced-composite membranes using porous substrates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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