• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.59.1-59.1
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• 2009

레독스 흐름 배터리 (Redox Flow Battery)는 외부의 탱크 등에 저장해 둔 활성물질(이온 가수가 변화는 금속) 의 용액을 펌프로 전해셀에 공급하여 충전 방전하는 배터리로 신재생 에너지인 풍력과 태양광 발전, 야간의 잉여 전력 저장 등 대용량 전력 저장 장치로 관심이 높아지고 있다. 대표적인 레독스 흐름 배터리로 알려진 바나듐 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막 사용으로 인하여 전기전도도, 기계적 강도, 투과도 및 전해질 내의 화학적 안정성 등 여러 가지 문제점과 함께 비용 문제점을 야기한다. 하지만 새로운 용해 납 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막을 사용하지 않아 바나듐 레독스 흐름 배터리의 문제점 및 시설비가 절약되는 장점이 있어 새로이 연구되지고 있다. 본 연구는 레독스 흐름 배터리에 주로 이용되는 카본 전극재료의 따라 형성되는 Pb, $PbO_2$ 박막의 미세 구조를 및 에너지 효율 특성을 분석하였다. 실험은 half-cell로 이루어졌으며 작업전극은 Carbon felt, Ordered Graphite, Disordered Graphite, Glassy Carbon 등을 여러 카본 재료를 사용하였고, 상대전극은 Pt, 기준전극으로 Ag/AgCl를 사용하여 Cyclic Voltammetry특성과 충방전 특성을 연구하였다. 전해질은 Lead Carbonate ($PbCO_3$)+Methanesulfonic acid ($CH_3SO_3H$) 들어간 수용성 전해질을 교반을 통해 이용하였다. 여러 carbon 전극재료와 생성된 Pb, $PbO_2$ 막의 표면구조, 미세구조, 상들의 변화는 XRD, SEM, EDX, Raman등을 통하여 분석하였으며, 전기화학 공정의 변수와 전극에 따른 에너지 효율특성에 대하여 고찰해 보았다.

• 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.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.28 no.6
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• pp.640-647
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• 2006

It is difficult to treat wastewater involved in heavy metal in electroplating industry. Recently, many industries adopt the clean technology to prevent production of pollutant in the process or reuse after the appropriate pollutant treatment. In this study, we estimate the ability of recovery of nickel and the efficiency using lab-scale ion exchange and electrodialysis process with electroplating industry wastewater. In the ion exchange experiments with 5 types of resin, the result showed that S 1467(gel-type strong acidic cation exchange resin) has the highest exchange capacity. And it showed that the 4 N HCl has the highest in regeneration efficiency and maximum concentration in the regeneration experiments with various kinds md concentration of the regenerant. During the electrodialysis experiments, we varied the current density, the concentration of electrode rinse solution, the flow rate of concentrate and electrode rinse solution in order to find the optimum operating condition. As a result, we obtained $250A/m^2$ of current density, 2 N $H_2SO_4$ of concentration of electrode rinse solution, 30 mL/min of flow rate of concentrate and electrode rinse solution as the best operating conditions. We performed the scale-up experiments on the basis of ion exchange and electrodialysis experiments. And we obtained the experimental result that exchange capacity of S 1467 was 1.88 eq/L resin, and regeneration efficiency was 93.7% in the ion exchange scale-up experiment, we also got the result that concentration and dilution efficiency increased, and current efficiency kept constant in the scale-up experiments.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.24 no.3
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• pp.247-252
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• 2013

Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) with a certain degree of sulfonation were synthesized by reacting PEEK and sulfuric acid at different reaction time. Then ion-selective composite carbon electrodes (ISCCE) were fabricated by coating the prepared SPEEK on the surface of carbon electrodes. The specific capacitance and resistance of the ISCCE were analyzed by electrical impedance spectroscopy. The ion exchange capacities (IEC) of the SPEEKs were measured in the range of 1.60~2.57 meq/g depending on the sulfonation time. The SPEEK more than 2.5 meq/g of IEC was considered unsuitable for fabricating the ISCCE because it was dissolved in water. The specific capacitance of the prepared ISCCE increased with increasing the IEC of coated SPEEKs and the capacitance was improved up to about 20% compared to that of uncoated carbon electrode. In addition, the electrical resistance of coating layer decreased significantly with increasing the IEC of coated SPEEKs. It is expected that the desalination efficiency of conventional capacitive deionization process can be improved by using the prepared ISCCE coated with SPEEK.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.9 no.4
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• pp.574-578
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• 1998

Electrochemical Ion Exchang(EIX) electrode containing Amberlite IRP-64 as a cation ion exchange resin and Stylene-Buthylene-Rubber(SBR) as a binder was fabricated by the compressed diecasting method. The adsorption and elution characteristics in copper sulfate solution were investigated at the various electrode potentials and electrolyte pHs. In the adsorption process, it was found that the maximum adsorption rate of copper was obtained at -1800 mV and the ratio of adsorption was 92% during 90 min. In the elution process, the elution rate of copper was increased in proportion to anodic potential in the present experimental range and the ratio of elution was 88% during 50 mins at 3600 mV. The adsorption and elution processes were significantly affected by the variation of local pH in the vicinity of electrochemical ion exchange electrode. The higher performances of adsorption and elution were elution were obtained at basic and acidic eletrolytes.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.3 no.1
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• pp.138-147
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• 1992

Chemically-modified electrodes were fabricated and their electrocatalytic behaviors have been investigated. As a modifying layer, poly-[1-methyl-3-(pyrrol-1-ylmethyl) pyridinium] was electropolymerized onto Pt electrodes under constant current. The thickness of the polymer film was controlled by means of total charge consumed during the electropolymerization. SEM was used to measure the thickness. There was a linear relationship between the passed charge and the film thickness. Ferro/ferricyanide, used as an electron mediator in this study, was rapidly ion-exchanged into the polymer layer with its concentration of 1.2~1.3M. It was found that electrooxidation of ascorbic acid is catalyzed by incorporated ferri/ferrocyanide couple. Kinetic parameters for electrooxidation were determined by RDE experiments. The results indicate that the present system corresponds to ER+S case based on the Saveant theory. Improving methods have been proposed to be R+S case which is ideal for electrocatalysis.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.17 no.1
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• pp.37-43
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• 2014

In this study, capacitive deionization (CDI) was introduced for desalination of mining water. Ion-exchange polymer coated carbon electrodes (IEE) were used in CDI to desalt mining water. The CDI performance using the IEE for desalination of mining water was carried out and then was compared with that using general carbon electrodes without ion-exchange polymer coating (GE). Moreover, to investigate the effect of the concentration of influent solutions on CDI performance, the CDI performance using the IEE for desalination of brackish water (NaCl 200 ppm) was also performed and analyzed. As a result, the higher salt removal efficiency, rate and the lower energy consumption in the CDI process using the IEE and mining water were obtained compared with those using the GE and mining water. It is mainly due to higher non-Faradaic current, low ohmic resistance of the influent, overlapping effect of electric double layers in micropore of the electrode. In addition, the CDI process using the IEE and brackish water shows much higher salt removal efficiency and lower salt removal rate than that using the IEE and mining water. This results from the lower concentration (i.e., higher ohmic resistance) and salt amount of the influent.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.17 no.4
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• pp.343-348
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• 2006

The object of this experiment is to recover precious metals from plating rinsed wastewater generated from Lead Frame manufacturing process using electrolysis coupled hybrid process. This was achieved from Amberlite IRA 400 at 1.15 V electrolysis potential using the oxide electrode and at 1.30 V using the Al electrode and from Amberlite IRA 402 at 1.10 V using the oxide electrode and at 1.20 V using the Al electrode. During the first 10~30 min of the process, 90~95% of the silver can be recovered.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.241-241
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• 2011

최근들어 저온플라즈마를 이용한 생물학적 응용분야가 각광을 받고 있다. 특히 전기전도도를 가진 전해질 내에서 형성된 액상 플라즈마는 열손상없이 암, 세균 및 비정상 장기조직의 제거가 가능하다는 점에서 기존 시술들이 가지는 문제를 해결할 수 있다. 허리통증을 유발하는 탈출 수핵을 대용량으로 제거하기위한 플라즈마발생 전극에 관한 연구가 수행되었다. 수핵 분해량을 늘리기 위해서는 플라즈마를 통하여 다량의 수산화기 라디컬을 형성, 수핵표면에 조사해야 한다. 이를 위하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 기포를 발생시켜 플라즈마 발생면적을 넓힐 수 있었다. 텅스텐 전극들은 캡톤코딩과 세라믹 스페이서를 통하여 분리되었고, 전극의 후방에는 SUS 재질의 환형 접지전극을 배치하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 모두 기포가 발생할 수 있도록 하였다. 시술적용시 플라즈마 및 전극이 가지는 제한 조건은 단백질 변성을 막기위한 섭씨 45도 이하의 온도 상승과 조직에 대한 기계적인 손상 방지를 위한 2.5 mm 이하의 전체 전극 굵기이다. 이를 만족하는 가운데 수산화기 라디컬 형성을 증대할 수 있는 전극의 구조를 결정하기 위하여 1-D 전기 열유체 모델 도입하였다. 모델에서 도출된 기포의 두께를 바탕으로 다중전극간의 거리 조절을 통하여 플라즈마 방전구조를 전극 - 전극 (기포두께${\times}2$ > 전극간 거리)과 전극 - 기포표면 (기포두께${\times}2$ < 전극간 거리)으로 통제하였다. 형성된 플라즈마의 소모전력, 전자 밀도및 수산화기 라디컬의 회전온도를 분석하기 위하여 0.9% 염화나트륨 수용액, 1.6 S/m, 전해질에서 플라즈마 형성를 형성하고 전기신호 및 광학신호를 관측하였다. 전극에 인가된 전압은 340 VRMS이며 운전주파수는 380 kHz이다. 실험 결과, 전극 - 기포표면 방전구조는 전극 -전극 방전구조에 비하여 전해질의 저항역할로 인하여 방전전류가 3.4 Ipp에서 1.6 Ipp로 감소하였으나, 기포표면에서의 물분자의 분해로 인하여 수산화기 라디컬에서의 발광세기는 약 4배 증가하였다. 또한 수산화기의 회전온도 분포상에서도 전극 - 기포표면 방전은 주변 물분자의 열교환으로 인하여 전극 -전극간 방전의 1500K 에 비하여 낮은 400K를 보였다. 이는 전극-기포표면 방전구조의 전극이 낮은 온도의 수산화기를 다량으로 형성할 수 있음을 시사하며, 카데바를 이용한 실험에서 220초에 걸쳐 약 87%의 수핵을 기계적 손상 및 단백질 변형없이 효과적으로 제거함을 확인하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.7 no.5
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• pp.999-1005
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• 1996

Pt catalyst on carbon black was prepared by colloidal method, ion exchanging method and methanol reducing method. The colloidal method has been used generally. At ion exchanging method, $H^+$ of functional group on carbon surface made by oxidation treatment was exchanged with Pt ion. At methanol reducing method, Pt was impregnated on carbon to reduce by methanol contained with surfactants. With TEM and XRD, Pt particle size impregnated on carbon by various methods was $30{\sim}50{\AA}$. Loading yield was about 100%, loading yield of ion exchanging method was 99.92% by DCP analysis and 99.87% by combustion method. Within 60 hour, current density of oxygen reduction was $460mA/cm^2$ at 0.7V(vs. RHE) at colloidal method. It was the better performance than catalyst prepared by ion exchanging, methanol reducing method. But, it was shown some decrease of performance for long operation time(after 100hour), catalyst prepared by methanol reducing method was shown stable performance.