• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1992.04a
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• pp.33-34
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• 1992

현재 이용되는 막들은 대부분 유기계 혹은 고분자계로 열적인 안정성이 적고 내약품성이 낮다. 그래서 본 실험에서는 내열, 내약품성이 우수한 무기기와 유기기를 조합하여 복합막을 제조하려 시도하였다. 이때 유-무기 복합상의 반응은 졸-겔 법을 이용하였는데 이 졸-겔 법이란 출발물질인 금속알콕사이드를 용액상에서 가수분해하여 졸을 얻고 축합반응을 통해 겔을 형성하여 무기고분자를 제조하거나 소결하여 필름, 분말, 섬유상, 괴상 등의 다양한 형태로 산화물을 제조하는 공정이다. 이는 분자적 차원에서 혼합하여 반응하므로 산화물간의 반응보다 반응성의 입장에서 훨씬 유리하며 또한 용액상에서 저온반응 하므로 기존에는 유기-무기기를 조합하는데 존재하는 문제를 해결 할 수 있다.

• Membrane Journal
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• v.21 no.1
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• pp.30-38
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• 2011

Composite membranes based on sulfonated poly(aryl ether) sulfone (SPAES) with different sulfated zirconia nanoparticles ($s-ZrO_2$) ratio are synthesized and investigated for the improvement of the hydration and the proton conductivity at high temperature and no humidification for fuel cell applications. X-ray diffraction technique is employed to characterize the structure and the size of $s-ZrO_2$ nanoparticles. The sulfation effect of $s-ZrO_2$ nanoparticles is verified by FT-IR analysis. The properties of the SPAES composite membranes with the various $s-ZrO_2$ ratio are evaluated by ion exchange capacity and water content. The proton conductivities of the composite membranes are estimated at room temperature with full hydration and at the various high temperature without external humidification. The composite membrane with 5 wt% $s-ZrO_2$ shows the highest proton conductivity. The proton conductivities are $0.9292\;S\;cm^{-1}$ at room temperature with full hydration and $0.0018\;S\;cm^{-1}$ at $120^{\circ}C$ without external humidification, respectively.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2005.07a
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• pp.219-222
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• 2005

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.32 no.6
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• pp.524-533
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• 2021

In this study, a series of anion conductive organic/inorganic composite membranes with excellent ionic conductivity and chemical stability were prepared by introducing graphene oxide (GO) inorganic nanofiller into the quaternized poly(phenylen oxide (Q-PPO) polymer matrix. The fabricated organic/inorganic composite membranes showed higher ionic conductivity than the pristine membrane. In particular, Q-PPO/GO 0.7 showed the highest ionic conductivity value of 143.2 mS/cm at 90℃, which was 1.56 times higher than the pristine membrane Q-PPO (91.5 mS/cm). In addition, the organic/inorganic composite membrane showed superior dimensional stability and alkaline stability compared to the pristine membrane, and the physicochemical stability was improved as the content of inorganic fillers increased. Therefore, we suggest that the as-prepared organic/inorganic composite membranes are very promising materials for anion exchange membrane applications with high conductivity and alkaline stability.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Membrane Journal
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• v.26 no.6
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• pp.432-448
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• 2016

In the last decade, various types of energy harvesting and conversion systems based on ion exchange membranes (IEMs) have been developed for eco-friendly power generation and energy-grid systems. In these membrane-based energy systems, high ion selectivity and conductivity properties of IEMs are critical parameters to improve efficiency of the systems such as proton exchange membrane fuel cells, anion exchange membrane fuel cells, redox flow batteries, water electrodialysis for hydrogen production, and reverse electrodialysis. This article suggests variable approaches to overcome trade-off limitation of polymeric membrane ion transport properties by reviewing various types of composite ion-exchange membranes including novel inorganic-organic nanocomposite membrane, surface modified membranes, cross-linked and pore-filled membranes.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2005.11a
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• pp.204-207
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• 2005

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.48 no.3
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• pp.350-354
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• 2010

In natural world various inorganic crystals are grown with controlled shape and size in hybrid forms with organics. Such natural processes have been attempted much to mimick artificially. One of the example is calcium carbonate which has been examined a lot in the field of biomineralization. In this study, we utilize well-organized surface of polydiacetylene(PDA) films as the crystal-growing template. We devised a novel mini-arrayer device that transfers PDA films at air/water interfaces of each array well and deposit them to hydrophobized glass substrates. This technical improvement will contribute to facilitate better understandings of biomineralization mechanism.

• Polymer(Korea)
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• v.36 no.4
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• pp.525-530
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• 2012

In this study, silane-crosslinked organic/inorganic composite membranes were prepared by simultaneous irradiation grafting of binary monomer mixtures (styrene and 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPM)) with various compositions onto a poly(ethylene-alt-tetraethylene) (ETFE) film and followed by sol-gel processing and sulfonation to provide a silane-crosslinked structure and a proton conducting ability, respectively. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermo gravimetric analysis (TGA) were utilized to confirm the crosslinking of ETFE-g-PS/PTMSPM films. The prepared membranes with similar ion exchange capacity but a different TMSPM content were selected and their membrane properties were compared. The ETFE-g-PSSA/PTMSPM membranes were characterized by water uptake, dimensional stability, and proton conductivity after sulfonation. The membrane electrode assemblies (MEA) of the prepared membranes were fabricated and their single cell performances were measured.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.5
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• pp.580-586
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• 2013

In this paper, polymer composite membranes and ceramic composite membranes were prepared in order to compare differences in pervaporation performances relative to the support layers. PVDF was used for the polymer support layers, and $a-Al_2O_3$ was used for the ceramic support layers. For active layer was coated for PDMS, which is a rubbery polymer. The characterization of membranes were analysed by SEM, contact angle, and XPS. We studied performances relative to the composite membrane support layers in the ABE mixture solutions. The results of the pervaporation, the flux of the ceramic composite membrane was shown to be $250.87g/m^2h$, which was higher than that of polymer composite membranes, at $195.64g/m^2h$. However, it was determined that the separation factor of the polymer composite membranes was 31.98 which were higher than that of the ceramic composite membranes, at 20.66.