• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권3호
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• pp.305-309
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• 2016

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly (ether ether ketone) (sPEEK) MEA 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 막과 전극이 동시에 열화되는 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. sPEEK 막의 수소 투과도는 낮았지만, 저가습 OCV 조건에서 발생하는 라디칼에 Nafion과 같은 불소계막보다 sPEEK 막이 약했다. MEA 열화 실험 결과 144시간 후와 271시간 후 성능이 각각 15%와 65% 감소하였다. 144이후 급격한 성능감소의 주요인은 막에 발생한 핀홀의 Pt/C 입자에 의한 shorting 현상이라고 본다.

• 전기화학회지
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• 제12권1호
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• pp.81-87
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• 2009

리튬 이차전지의 양극 활물질인 스피넬 망간산화물(${LiMn_2}{O_4}$, LMO) 표면에 ITO(indium tin oxide)를 코팅하여, 고온($55^{\circ}C$)에서 사이클 수명과 속도특성을 조사하였다. 정전류 정전압 충방전 실험의 결과, ITO가 코팅되지 않은 LMO 전극의 표면에서 고온 고전압 조건에서 전해질이 분해하여 피막이 형성되고, 이 피막의 저항으로 인하여 분극현상(polarization)이 심하게 발생하였다. 그러나, ITO가 2 mol% 이상 코팅된 LMO의 경우 양극 활물질과 전해질과의 직접적인 접촉 면적이 줄어들어, 전해질의 분해가 감소하였고 내부저항에 의한 분극 현상 또한 현저히 감소하였다. 이러한 결과, ITO가 코팅된 전극의 충방전에 따른 가역성이 코팅되지 않은 LMO에 비해 크게 향상되었다. 적외선 분광기를 이용하여 ITO가 코팅된 LMO 표면에서 피막형성이 감소함을 확인하였다. ITO의 코팅으로 LMO 전극의 속도특성도 크게 향상되었는데, 이는 저항이 큰 피막형성이 억제된다는 점과 ITO의 전기전도도가 크다는 사실로 설명할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.328-336
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• 1999

본 연구에서는 암석절리에 대한 수리-역학적 거동이 동시에 가능한 실내시험장치로서 회전식 전단시험기를 제작 하였다. 회전식 전단시험기는 시료의 양 끝에 비틀림 모멘트를 가함으로써 전단응력을 발생시키도록 하였다. 실험결과 회전식전단시험에 의한 절리의 최대전단강도는 직접전단시험에 의한 값보다 과소평가되었다. 이는 비틀림에 의한 전단응력이 회전축의 반경에 따라 변하며 특히 회전축 중심부에서는 전단응력이 거의 작용하지 않기 때문인 것으로 판단된다. 절리에서의 유체유동은 절리 거칠기, 접촉 면적, 초기간극 등에 의해 주로 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 초기간극의 측정을 통하여 전단-유동에 대한 수리 간극과 역학적 간극사이의 관계를 알아보았다. 초기간극의 측정과 전단-유동 상호작용시험의 결과에 근거하여, 역학적 모델과 삼승법칙으로부터 계산된 역학적 간극과 수리 간극은 체적 팽창이 발생함에 따라 증가하며 이들 사이에는 좋은 선형관계가 있음을 보였다. 그러나 수리 간극과 역학적 간극사이에는 다소 차이가 발생하였는데 이는 평행 평판모델에 의해 예측된 거동으로부터 수리 간극이 벗어남을 나타낸다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.296-301
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• 2017

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated poly (ether ether ketone) (sPEEK) 막의 내구성을 증가시키기 위해 PI 지지체를 이용한 강화 막을 제조하였다. 단일(비강화) 막전극합체(MEA)와 강화막 MEA의 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. 그 결과, 강화 MEA가 단일 MEA에 비해 수소투과전류밀도가 낮으며, 내구성이 높음을 확인하였다. 특히 열화 후 강화 MEA에서는 단일 MEA에서 나타난 쇼트 현상이 나타나지 않았다.

• 전기화학회지
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• 제6권1호
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• pp.18-22
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• 2003

직접 메탄을 연료전지(DMFC)의 산화극 제조 변수들에 따른 단위전지의 성능변화 관찰 및 특성분석을 수행하였다. 촉매층에서의 이온 전도도에 영향을 주는 이오노머의 양과, 이오노머와 촉매의 결합구조를 결정하는 촉매 슬러리의 용매를 변수로 하였다 전체 이오노머의 비가 0.6일 때 최고 성능을 보였으며 분극 저항도 가장 작게 나타났다. 전기화학적 활성면적도 이오노머가 늘어날수록 증가하였다. 극성이 작은 용매일수록 이오노머가 잘 용해되지 않아 촉매 응집체의 크기가 커졌다 기존의 물이나 알코올 종류의 용매들에 비해 극성이 낮은 DPK $(\varepsilon=12.60)$를 사용하여 제조한 전극이 가장 높은 성능을 보였으며 낮은 분극 저항 값을 가졌다.

• 전기화학회지
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• 제14권1호
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• pp.50-55
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• 2011

Pt/C 촉매 (20, 40 wt% Pt/C)를 사용하여 고분자 전해질 연료전지의 MEA를 제조하고 각각의 촉매에서 최적의 나피온 이오노머 함량을 알아보았다. 나피온 함량에 따른 MEA의 전기화학적인 성능변화는 단위전지 성능평가, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry(CV)을 통해서 분석하였다. 나피온의 함량에 따라 전지의 활성화 분극, 옴 저항, 물질전달 저항 등의 변화가 나타났다. 이는 전극의 촉매층 내에서 발생되는 전기/이온 전도도 사이의 'trade-off'와 물질전달(물 배출과 반응가스 확산)에 의한 것이며, 대부분 활성화 분극과 물질전달 저항의 변화로 나타났다. 20 wt% Pt/C와 40 wt% Pt/C 촉매에서 최적의 나피온 함량은 각각 35 wt%와 20 wt%로 나타났다. 이는 Pt 중량비에 따른 Pt 입자간의 거리 및 촉매의 비표면적의 차이 때문에 나타난 결과이며 서로 다른 나피온 함량에서 최적의 삼상계면이 형성되는 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.182-188
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• 2018

최근 우수한 전기전도도와 넓은 비표면적을 갖는 탄소나노튜브(CNT)를 활용하여 고강도 및 고내구성 콘크리트의 생산을 위한 연구가 많은 연구자들에 의하여 활발히 이루어지고 있다. CNT의 혼입을 통한 콘크리트의 고강도에 대한 연구가 주를 이루고 있으나, 그 외의 연구는 미흡한 실정이다. 이에, 본 연구에서는 CNT 첨가량에 대한 시멘트 복합체의 역학성능 및 발열성능에 대한 평가를 실시하였다. 낮은 물-바인더 비를 기반으로 하는 시멘트-플라이애시 배합에 대하여, 바인더 중량대비 0.2% 및 0.5%의 CNT 첨가에 따른 재령별 압축강도, 수화특성분석을 위한 미소수화열 분석, 페이스트 내 CNT의 분산 및 주변 수화물과의 관계를 규명하기 위한 SEM분석, 기준전극 삽입을 통한 발열실험 및 열 중량 분석을 실시하였다. CNT 첨가량의 증가에 따라 발열성능은 증가하며, CNT가 첨가되지 않은 기준 배합 CNT가 첨가된 배합의 경우 동등수준의 역학성능을 갖는 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제22권5호
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• pp.518-521
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• 2011

전극면적 $25cm^2$ 고체고분자형 연료전지를 이용하여 수소극의 수분관리에 관한 연구를 진행하였다. 수분관리는 연료전지의 운전에 있어서 가장 핵심적인 인자 중의 하나이다. 본 연구에서는 연료극의 flooding의 위험성이 가장 높은 작동전류밀도 $200mA/cm^2$에서 수소극의 가습 및 온도 등의 운전조건의 변화, 그리고 유로 형상의 영향성을 평가하였다. 또한 연료극과 공기극의 양론비를 변화시킴과 동시에 유로의 형상에 따른 영향성을 파악하기 위한 실험을 실시하였다. 연료전지의 운전에 있어서 연료극과 공기극의 양론비에 따른 수분관리의 영향성을 확인할 수 있었고 또한 온도변화 및 가습조건의 변화에 따른 성능의 변화 역시 관찰할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제4권3호
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• pp.113-117
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• 2001

탄소계 전극을 사용하는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)용의 축전용량과 충방전속도는 전해질의 종류, 충방전 조건 그리고 탄소계 물질의 물리화학적 성질에 따라 크게 달라질 수 있다. 이에 본 연구에서는 dip coating method에 의해 제조된 EDLC용 활성탄소 전극에서 유기 전해질의 종류를 달리하여 충방전 실험과 전기화학적인 실험을 시행하였다. 또한 충전전류밀도와 방전전류밀도의 변화에 따른 비축전 용량의 변화를 조사하였고, 최적 유기전해질의 조건에서 leakage current 특성, 자가방전 특성 그리고 시간전압곡선을 기존의 $1M-Et_4NBF_4/PC$와 비교하였다 활성탄, 소전극으로 비표면적이 $2000m^2/g$인 MSP-20을 사용하고 유기전해질로는 $1M-LiPF_6/PC-DEC(1:1)$를 사용한 EDLC에서 130 F/g 정도의 우수한 비축전 용량을 나타내었고 저항면에서도 가장 낮은 수치를 나타내었다 $1M-LiPF_6/PCDEC(1:1)$를 사용한 EDLC는 15분동안 0.0004A의 낮은 leakage current와 100시간 경과 후 0.8V의 우수한 자가 방전 특성 그리고 IR-drop이 적은 선형의 시간-전압곡선을 보여주었다.

• 멤브레인
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• 제22권2호
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• pp.95-103
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• 2012

본 연구에서는 생활오수, 산업폐수, 축산폐수 등에서 발생하는 질산성화합물 및 난분해성 화합물을 효과적으로 처리하기 위해 막분리법과 다공 전극형 전기분해법을 조합한 하 폐수의 고도처리 기술을 제안하였고 제안 시스템의 효율성을 검토하였다. 제안하는 시스템은 활성슬러지 공정, 막분리 공정, 다공 전극형 전기분해공정의 3단계로 구성하였다. 본 연구에서 구성되는 막분리 공정은 부유물질을 제거해줌으로써 전기분해공정의 부하를 최소화할 수 있는 역할을 담당할 수 있게 하여 시스템을 안정하게 운전할 수 있도록 하였다. 전기분해 하이브리드 공정에 있어서는 다공성 전극으로 구성함으로써 비표면적의 확대로 인한 전극의 효율성을 높였다. 아울러 외부전압을 인가함에 따라 처리제의 공급 없이 장치에 유입된 물을 분해시킴으로써 산화 환원 반응을 유도하였다. 즉 중간체로서 수소 자유전자 라디칼과 산소원자 라디칼이 발생되어 난분해성 유기물을 산화 분해하는 역할을 담당하도록 하였다. 이는 전극 내에서 발생하는 중간체를 폐용질의 분해에 사용하기 때문에 친환경적 처리공법이었다. 실험결과들은 제안공정이 활성슬러지공법에 비하여 우수한 공정임을 보여 주었다. SS제거율은 제안공정, 막분리공정, 활성슬러지 단독공정에서 각각 약 100%, 약 100%, 약 90%였고 COD 제거효율은 제안공정 약 92%, 막분리공정 약 84%, 활성슬러지 단독공정 약 75%였으며 T-N의 제거효율은 제안공정 약 88%, 막분리공정 약 67% 활성슬러지 단독공정 약 58%였다. 이결과는 SS의 제거에 있어서 막분리 하이브리드 공정만으로도 부유물질이 충분히 제거됨을 나타내고 있었다. COD의 제거에 있어서 막분리 하이브리드 공정은 SS분의 제거를 통한 COD와 SS이외의 유기물질이 소량제거 되었음을 보였고 전기분해 하이브리드 공정에 있어서는 유기물질의 산화반응을 통한 분해로 높은 제거효율을 보였다. T-N의 제거에 있어서는 막분리 하이브리드 공정은 SS분에 포함된 부분과 소량의 유기물에 포함된 부분이 제거되고 있는 반면 전기분해 공정에 있어서는 유기물질의 산화분해반응으로 인한 높은 제거효율을 나타내고 있었다.