• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.6
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• pp.695-700
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• 2014

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) can generate hydrogen and oxygen from water by electrolysis. But the electrode and polymer electrolyte membrane degrade rapidly during PEM water electrolysis because of high operation voltage over 1.7V. In order to reduce the rate of anode electrode degradation, unsupported $IrO_2$ catalyst was used generally. In this study, Pt/C catalyst for PEMFC was used as a water electrolysis catalyst, and then the degradation of catalyst and membrane were analysed. After water electrolysis reaction in the voltage range from 1.8V to 2.0V, I-V curves, impedance spectra, cyclic voltammograms and linear sweep voltammetry (LSV) were measured at PEMFC operation condition. The degradation rate of electrode and membrane increased as the voltage of water electrolysis increased. The hydrogen yield was 88 % during water electrolysis for 1 min at 2.0V, the performance at 0.6V decreased to 49% due to degradation of membrane and electrode assembly.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.3 no.2
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• pp.121-126
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• 2000

The effect of electroless Ni and Cu plating on $LaNi_5$, $AB_5$ type hydrogen storage alloy was investigated by the various electrochemical techniques such as constant current charge-discharge test, cyclic voltammeoy, and a.c. impedance spectroscopy. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction test were conducted for phenomenological logical analyses. Cyclic Voltammetry results show that activation characteristics, cycle life and reaction ,rate were improved through electroless Ni and Cu plating. Compared with bare $LaNi_5$ the charge transfer resistance of electrode was greatly reduced as charge-discharge cycle increases. Therefore, electroless Ni and Cu plating on $LaNi_5$ alloy tends to accelerate the early activation, increasing the cyclic lift of electrode.

• Membrane Journal
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• v.18 no.4
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• pp.336-344
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• 2008

This manuscript deals with the investigation of the possibility of the crosslinked poly(vinyl alcohol) membranes with both poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) and 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid (THS-PSA) for the fuel cell application. The studies were focused on the characterization of the resulting membranes through water content, thermal gravimetric analysis, ion exchange capacity, ion conductivity and methanol permeability measurements and then compared with the existing Nafion membrane. Typically, the ion conductivity lied in the range of $10^{-3}$ to $10^{-2}\;S/cm$ while the methanol permeability showed the range of $10^{-6}$ to $10^{-8}\;cm^2/s$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.6
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• pp.1043-1048
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• 2012

In this study, activated carbons (ACs) were modified as electrode materials for an electric double layer capacitor (EDLC) by controlling oxygen- and nitrogen-containing functional groups. The morphological and chemical properties of ACs were analyzed through scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared (FTIR) spectrometer, automatic elemental analyzer (EA) and Boehm titration. Also, charge/discharge tests were performed to investigate the EDLC performance. Oxygen- and nitrogen-containing functional groups were introduced on the surface of ACs through acid and urea treatments, respectively. ACs with nitrogen-containing functional groups showed 2 mA increase of gravimetric discharge capacity and quick achievement of maximum charge/discharge performance. However, ACs with oxygen-containing functional groups showed low discharge capacity and its gradual decrease during further cyclic test, since the functional groups interrupted adsorption/desorption of charges in the electrolyte on the surface of ACs.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.14 no.1
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• pp.46-52
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• 2003

유황 양 전극과 액체 전해질, 리튬 금속을 음극으로 사용한 리튬 유황 전지를 제조하여 그 특성을 조사하였다. 유황 전극은 유황파우더와 carbon black 을 도전재로, 그리고 바인더로 PVdF를 사용하여 제조하였다. 이렇게 제조된 셀은 두개의 다른 전압 구간에서 충방전 실험을 행하였다. 첫 번째 셀은 $S_8+{\chi}Li{\leftrightarrow}Li_2S_x(X=4{\sim}12)$ 반응만을 일어나 게 하기 위하여 2.1V 와 2.5V 사이에서, 그리고 두 번째 셀은 $Li_2S_x+{\chi}Li{\leftrightarrow}Li_2S(x=2{\sim}4)$의 반응만을 일어나게 하기 위하여 1.5V 와 2.5V 에서 충방전 하였다. 그 결과 첫 번째 셀이 더 좋은 싸이클 특성을 가지는 것을 확인 탈 수 있었다. 각 전압구간에서 각 셀이 충방전 되는 동안, 전해질 내로 녹아난 유황의 양은 큰 차치가 없는 것을 확인하였다. 그리고, 전압에 따른 전극의 임피던스를 측정한 결과, 방전이 끝난 후 큰 저항성분이 새로 생긴 것을 확인 할 수 있었다. 이는 사이클이 진행된 후의 전극표면을 SEM 분석을 행한 결과로부터 사이클이 진행된 후 전극 표면에 최종 반응 산물인 $Li_2S$ 가 피막형태로 형성된것을 확인 할 수 있었다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.23 no.1
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• pp.34-42
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• 2012

Gas diffusion layers (GDLs) of carbon composite type in polymer electrolyte fuel cells were prepared by simple and cheap manufacturing process. To obtain the carbon composite GDLs, carbon black with polymer binder was mixed in solvent, rolled to make sheet, and finally heat-treated at $340^{\circ}C$. The performance of fuel cell using composite GDLs was changed by PTFE content. The physical properties of composite GDLs for pore, conductivity and air permeability were analyzed to compare with the variation of fuel cell performance. The conductivity of composite GDLs was very similar to carbon paper as commercial GDL but pore properties and air flux were considerably different. The porosity, PTFE content and conductivity for composite GDLs did not have an influence on the cell performance much. The increase of pore diameter and air flux led to enhance cell performance.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.3
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• pp.305-309
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• 2020

In this study, a series of ionic liquids based electrolytes for lithium batteries were prepared by mixing the anion functionalized ionic liquid, [DMIm][MPEGP] (1,3-dimethylimidazolium (2-methoxy(2-ethoxy(2-ethoxy)))-ethylphosphite), with the lithium salt, LiTf₂N (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), and the concentration of lithium salt was varied between 0 and 3.0 molar ratio. We observed the ionic mixtures became opaque and spontaneously aggregated to form a thermotropic ionic liquid crystal. Extensive spectroscopic examinations of the ionic liquid crystals were carried out to investigate their self-organized structures and the ion transport behavior depending on the concentration of lithium salt. An increase in the ionic conductivity was observed for the ionic liquid crystals related to the ability to form ion diffusion pathways along the ordered structures, resulting in improved electrochemical performances of lithium batteries.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.141-141
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• 1999

전기화학과 초고진공(ultra-high vacuum, UHV) 분광법을 이용하여 고체/액체의 계면에서 일어나는 현상을 분자단위에서 이해하고 조절하기 위한 연구를 수행하였다. 이들 중 전기화학으로 형성된 구리 및 은 금속(sub)monlayer 박막을 그 예로 선택하여 소개한다. 초박막 금속의 흡착량은 cyclic voltammogram과 새로 개발된 Auger electron spectroscopy (AES) 정량법을 통해 얻어졌고, 이 값들은 low energy electron diffraction (LEED) 및 in-situ atomic force microscopy (AFM)법을 이용한 구조 분석결과와 비교되어졌다. 또한 화학상태를 확인하기 위하여 core-level electron energyy loss spectroscopy (CEELS)를 사용하였다. 먼저 황산 전해질에서 금(111) 단결정 전극상에 전기화학적으로 형성된 굴의 계면특성을 조사하였다. 특정 전위값에서 2/3 ML의 구리와 1/3 ML의 음이온이 상호 흡착하여 ({{{{ SQRT { 3} }}$\times${{{{ SQRT { 3} }}) 격자 구조를 보였고, 전위값이 커지거나 줄어들면, 이 구조가 사라지는 현상이 관찰되었다. 즉 이 ({{{{ SQRT { 3} }}}}$\times${{{{ SQRT { 3} }}}}) 흡착구조는 첫 번째 UPD underpotential deposition) 피크에 특이하게 관련되어 있음을 알 수 있었다. 금속 초박막 형성에 미치는 음이온의 영향을 좀 더 확인하기 위해 초박막 은이 증착된 금 단결정 전극상의 황산 음이온에 관하여 연구하였다. 은의 증착이 일어날 수 없는 양전위값 영역에서 ({{{{ SQRT { 3} }}}}$\times${{{{ SQRT { 3} }}}})의 규칙적인 음이온의 구조를 보였다. 그리고 은의 장착은 세척 과정과 용액의 농도에 따라 p(3$\times$3)과 p(5$\times$5)의 규칙적인 두가지 구조를 가졌다. in-situ AFM에서는 p(3$\times$3)의 은 증착 구조만 나타났고, 음 전위값으로 옮겨가면 p(1$\times$1) 구조로 바뀌었다. ex-situ 초고진공 결과와 이 AFM의 in-situ 결과를 상호 비교 논의할 것이다. 음이온의 흡착이 없는 묽은 플로르산(HF) 전해질에서 은은 전위값을 음전위 쪽으로 이동해 감에 따라 p(3$\times$3), p(5$\times$5), (5$\times$5), (6$\times$6), 그리고 (1$\times$1)의 연속적 구조 변화를 보였다. 이 다양한 구조들을 AES로부터 얻어진 표면 흡착량과 연결시켰더니 정량적으로 잘 일치되는 결과를 보였다. 전기화학적인 증착에서는 기존의 진공 증착과 비교할 때 음이온의 공흡착이 금속 초박막 형성 메카니즘에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한 은의 전기화학적 다층박막 성장은 MSM (monolayer-simultaneous-multilayer) 메카니즘을 따름을 확인하였다. 마지막으로 구조 및 양이 규칙적으로 조절되는 전극의 응용가능성이 간단히 논의될 것이다.

• 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.

• Membrane Journal
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• v.27 no.2
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• pp.182-188
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• 2017

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)-3-mercaptopropyl silica gel (3MPTSG) composite membranes with improved oxidative stability were prepared for polymer electrolyte fuel cell application. It has been reported that ether part of main chain of aromatic hydrocarbon based membranes were weak to radical attack to decrease membrane durability. In this study, the hydrophilic inorganic particles were introduced by minimizing a decrease in ion conductivity and increasing an oxidative stability. The composite membranes were investigated in terms of ionic conductivity, ion exchange capacity (IEC), FT-IR, TGA and contact angle, etc. As a result, increasing amount of the 3MPTSG resulted in decrease in proton conductivities and water uptakes at 100% R.H. but enhanced thermal and oxidative stabilities.