• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.97.1-97.1
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• 2011

저온에서 양이온 고분자막을 사용하는 고분자 연료전지의 경우 뛰어난 성능과 다양한 응용분야로 인해 많은 연구와 실증이 이루어지고 있지만 공기극에서의 느린 산소 환원반응으로 인해 백금과 같은 귀금속의 사용이 불가피하고 백금의 제한된 매장량과 높은 가격으로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 그래서 많은 연구자들이 합금 촉매 또는 비귀금속 촉매를 이용한 전극 개발에 집중하고 있다. 알칼리 분위기에서 저가의 전이 금속들이 백금과 비슷한 활성을 보이고 고체 음이온 교환막이 개발됨에 따라 최근 알칼리 연료전지가 다시금 큰 주목을 받고 있다. 그러나 고분자 연료전지와는 달리 아직 촉매나 전해질막, 이오노머의 특성 및 메커니즘에 관해 별로 알려진 것이 없다. 본 연구에서는 직접 개발한 세공충진막 형태의 탄화수소계의 음이온 교환막과 비귀금속 공기극 촉매를 이용하여 막전극접합체(MEA)를 개발하였고 촉매 및 이오노머 함량과 같은 전극 조성, 막전극접합체의 제조 및 체결, 가습이나 가스조성 등의 단위전지 운전조건과 같은 다양한 변수에 대해에 최적 조건을 도출하고자 하였다. 공기극 촉매는 Cu-Fe/C를 이용한 상용 촉매를 이용하였고 이오노머의 경우는 탄화수소계의 상용 제품을 사용하였으며 음이온 교환막에 전극층을 형성하기 위해서는 스프레이 공정을 이용하였다. 단위전지를 통해 성능을 확인하였고 임피던스 및 CV를 통해 전기화학적인 특성을 규명하였다. 조건의 최적화를 통해 상당한 성능 향상을 이루었으나 추가적인 성능 향상 및 내구성 확보 등에 대해 계속적인 실험을 진행할 예정이다.

• Membrane Journal
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• v.34 no.2
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• pp.154-162
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• 2024

Anion exchange membranes (AEMs) are essential components in water electrolysis systems, serving to physically separate the generated hydrogen and oxygen gases while enabling the selective transport of hydroxide ions between electrodes. Key characteristics sought in AEMs include high ion conductivity and robust chemical and mechanical stability in alkaline. In this study, quaternized Poly(terphenyl piperidinium)/cellulose nanocrystals (qPTP/CNC) mixed matrix membrane was fabricated. The polymer matrix, PTP, was synthesized via super-acid polymerization, known for its excellent ion conductivity and alkaline durability. The qPTP/CNC membrane showed a dense and uniform morphology without significant voids or large aggregates at the polymer-nanoparticle interface. The qPTP/CNC membrane containing 2 wt% CNC demonstrated a high ion exchange capacity of 1.90 mmol/g, coupled with low water uptake (9.09%) and swelling ratio (5.56%). Additionally, the qPTP/CNC membrane showed significantly lower resistance and superior alkaline stability (384 hours at 50℃ in 1 M KOH) compared to the commercial FAA-3-50 membrane. These results highlight the potential of hydrophilic additive CNC in enhancing ion conductivity and alkaline durability of ion exchange membranes.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2000.04a
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• pp.67-70
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• 2000

• Membrane Journal
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• v.20 no.2
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• pp.142-150
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• 2010

A series of anion exchange composite membranes were prepared and characterized for electrodialysis processes used in the removal of nitrate nitrogen and ions in groundwater. The membranes were prepared as follows; first, fabric substrates were fully impregnated with monomer mixtures of vinylbenzylchloride (VBC), divinylbenzene (DVB), Styrene (ST) and $\alpha,\alpha$-Azobis(isobutyronitrile) (AIBN). Second, they were thermally polymerized to yield crosslinked poly (VBCST- DVB)/fabric composite membranes. Finally, the membranes were treated with trimethylamine (TMA) / acetone to give $-N^+(CH_3)_3^-$-containing poly(VBC-ST-DVB)/fabric membranes. The basic membrane properties such as ion exchange capacity (IEC), electric resistance and water content of the resulting membranes were measured as a function of VBC/DVB and TMA/Acetone content. As a result, the composite membranes showed lower electric resistance and higher IEC than commercial anion exchange membranes (AMX, Astom). Electrodialysis tests using the prepared membranes were carried out for the removal of various ions such as $NaNO_3$, $MgSO_4$ and NaF for 60 minutes. The results showed that the ions were removed below 1 mg/L within about 15 minutes which indicates that the anion exchange membranes prepared here could be applied to the electrodialysis process. as can be seen in the following that the ion conductivity values were almost no change after 15 minutes electrodialysis.

• Membrane Journal
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• v.30 no.1
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• pp.21-29
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• 2020

In this study, we have established the optimum design condition of pore-filled anion-exchange membrane for all-vanadium redox flow battery (VRFB). From the experimental results, it was proven that the membrane design factors that have the greatest influence on the charge-discharge performance of VRFB are the ion exchange capacity, the porosity of substrate film, and the crosslinking degree. That is, the ohmic loss and the crossover of active materials in VRFB were shown to be determined by the above factors. In addition, two methods, i.e. reducing the ion exchange capacity at low crosslinking degree and increasing the crosslinking degree at high ion exchange capacity, were investigated in the preparation of pore-filled anion-exchange membranes. As a result, it was found that optimizing the crosslinking degree at sufficiently high ion exchange capacity is more desirable to achieving high VRFB charge-discharge performances.

• Polymer(Korea)
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• v.31 no.3
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• pp.247-254
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• 2007

Heterogeneous anion exchange membranes were prepared by compression molding for the recovery of sulfate ion from waste water. The swelling ratio, transport number, and ion exchange capacity of the heterogeneous anion exchange membranes were increased and their electrical resistances were decreased as the amount of ion exchange resin content in the matrix was raised. The tensile strength of the heterogeneous anion exchange membrane was decreased with increasing the amount of ion exchange resin in the LLDPE. The tensile strength for the LDPE heterogeneous membrane containing 30 wt% anion exchange resin showed the highest value. The water content increased with increasing amount of ion exchange resin in the membrane. Moreover the highest transport number of the membrane was 0.86. The electrical resistance of LDPE matrix membrane with 50 wt% resin showed $46.5{\Omega}{\cdot}cm^2$. Current efficiency of electrodialysis for sulfate ion showed the highest value at the current density of $125 mA/cm^2$ in 0.5 mol/L sulfuric acids solution.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2000.11a
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• pp.79-82
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• 2000

No Abstract, See Full Text

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2005.11a
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• pp.67-70
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• 2005

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.14 no.6
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• pp.21-28
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• 2011

이온교환막을 이용한 전기적 탈염기술은 막모듈 내에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 장착시키고 모듈의 양단 전극에 전압을 적용함으로써 물속에 용존되어 있는 양이온과 음이온들을 전기의 힘을 이용하여 선택적으로 투과시키는 원리를 기반으로 하는 청정공정 기술이다. 이온교환막 공정은 전통적으로 산/알칼리의 생산, 산업폐수의 중금속의 제거, 해수의 담수화, 반도체 산업의 초순수의 제조, 해수에서 식염의 제조, 발효산업의 유기산 및 아미노산의 회수 등 다양한 산업분야에서 응용되어 왔다. 최근에는 이러한 기존의 응용분야에서 벗어나 새롭게 응용분야가 넓어지고 있다. 이온교환막과 다공성 탄소전극을 결합한 막축전식 해수담수화기술, 해수와 담수의 염도차를 이용한 역전기투석식 해수발전 등의 새로운 선택분리기능 및 응용분야를 가진 이온교환막의 개발 및 공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 국내에서는 이온교환막이 아직 상용화되지 않고 있어 이온교환막을 이용한 응용연구가 활발하게 진행되지 못하고 있어 그 개발이 시급하다. 본 논문에서는 먼저 이온교환막을 이용한 전기투석식 탈염기술, 물분해 전기투석, 전기탈이온 공정에 관한 동향을 조사하였다. 아울러 미래의 이온교환막의 응용기술인 해수담수화기술로서 역삼투법과 경쟁하여 에너지를 낮게 소모할 것으로 예상되는 분리막을 이용한 막축전식 탈염기술과 무한한 신재생에너지원인 해수와 담수를 이용한 역전기투석 해수발전기술에 대해 기술의 원리들과 최근의 연구동향 등을 정리하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.8 no.11
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• pp.1061-1066
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• 1998

The synthesises of anion exchange resin from 4vinylpyridine-divinyIbenzene(4-VP-DVB) were intented to separate boron ion. The heterogeneous anion exchange membranes were prepared with polyethylene(PE) matrix bythe hot press method. The prepared exchange membranes were characterized by FT-IR, conductormeter and pH meter to confirm structural, mechanical and electrochemical properties. Their capacities were measured by changing floe rate and voltage. The best seperation capacity was appeared in the heterogeneous membrane which contains 50 wt % 4-VP-DVB resin within PE matrix. The heterogeneous membranes treated with acid were better than that treated with water. Results from this experiment were indicated that the optimal flow rate, voltage. and time in the seperation of boron ion were lOml/min, 18volts, and 4 hours respectively.