• 한국항공우주학회지
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• 제39권5호
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• pp.400-407
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• 2011

전해질 막의 응력 및 변화폭의 분포는 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)의 피로수명의 중요한 인자이다. 본 논문에서는 연료전지 운전조건의 hygro-thermal 조건에 의해 전해질 막에 발생하는 기계적 응력 해석을 모델링 하였다. 기체확산층과 전해질 막 사이의 접촉해석이 여러 가지 온도, 습도 조건에 대하여 수행되었다. 구조 모델은 온도와 상대습도에 의존하는 비선형 재료물성을 적용하였다. 몇 가지 기하학적 조건들이 모델에 적용되었다. 구조해석 결과는 전해질 막의 변형이 체결조건에 크게 의존함을 보여주었다. 실험 데이터와의 비교를 통해 운전 조건에 대하여 피로수명 예측이 수행되었다.

• 폴리머
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• 제36권4호
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• pp.519-524
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• 2012

공액고분자 전해질 전자수송층을 이용하는 고분자 발광소자의 정전용량을 측정하는 것은 전류밀도-전압-발광특성을 측정하는 방법과 더불어 전자수송층으로서 공액고분자 전해질의 기능을 이해하기 위한 소자물리 연구에서 중요한 정보를 제공해준다. 본 연구에서는 고분자 전해질의 반대 이온의 종류에 따라 저주파수 영역에서 정전용량의 거동이 변화하는 것으로부터 전하 주입의 메카니즘에서 차이점이 있음을 분석하였다. 정전용량 모델을 이용한 분석은 전자주입 메카니즘이 음극/전자수송층/발광층 사이의 계면에서 발생하는 쌍극자 배열 또는 전하수송체의 축적에 의한 것임을 나타내었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1520-1521
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• 2007

고분자 전해질 연료전지(PEMFC, polymer electrolyte membrane fuel cell)는 수소이온특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 무공해 차량의 동력원, 가정용 발전, 우주선용 전원, 군사용 전원 등 매우 다양한 부분에서 사용되어질 것으로 사료된다. 하지만 현재 높은 가격과 짧은 수명 등의 문제로 상용화에 이르지 못하고 있다. 고분자전해질 연료전지의 스택 가격을 부품별로 조사하여 보면 분리판이 전체 스택가격의 60% 정도가 가장 높은 비중을 차지하며 기체 확산층으로 사용되는 탄소재료가 12%,전해질이 10%, 촉매가 8% 정도를 차지한다. 촉매 또한 저가의 비귀금속 촉매를 개발하거나 백금 촉매의 성능을 향상시켜 촉매 사용량을 낮춤으로써 가격을 낮추기 위한 연구가 진행되어지고 있으며 전해질로 사용하는 고분자막도 가격이 매우 높은 Nafion 대신 저가 고분자를 개발하거나, 또는 가능한 얇은 전해질을 사용하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 하지만 아직까지는 뚜렷한 진척성과가 없는 것으로 알려져 있다. 그래서 본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 고분자 Membrane의 특성을 향상시키고 또한 박막의 배양성과 특성에 대해서 고찰해 보고자한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.129-132
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• 2007

고분자 전해질 연료전지의 성능에 영향을 주는 많은 인자들 중에서도 촉매층의 조성과 구조의 최적화는 성능변화에 큰 요인으로 작용 된다. 촉매층내 반응 활성점인 삼상계면을 형성시키기 위해 함침하는 Nafion binder를 anode와 cathode의 두 전극에 이온당량(Equivalent weight, EW)이 동일하게 함침시켜 그 성능을 확인하였다. 그 결과를 토대로 anode와 cathode에 이온당량을 각기 다르게 하여 각각의 전극마다 이온당량이 미치는 영향에 대해서도 살펴보았다. Anode와 cathode의 이온당량을 동일하게 EW1100, EW1000, EW900으로 변화 시켜주었을 경우 이온당량의 물성치가 상대적으로 향상된 EW900의 단위 전지 성능이 가장 우수하였으며, 이온당량이 EW900이었을 때 최적의 Nafion binder 함침량은 EW1100의 Nafion binder 함침량과 동일하였다. Anode와 cathode에 함침하는 Nafion binder의 이온당량을 각각 EW1100과 EW900, EW900과 EW1100으로 MEA를 제조하여 전극에 따라 이용당량이 미치는 영향을 살펴보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.325-328
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• 2006

고분자 전해질 연료전지의 전극을 gradient catalyst coating 방법을 이용하여 제조하였다. 촉매 잉크제조 시 나피온 이오노머의 함침 구성비를 다르게 하여 조성 비율이 다른 gradient 구조를 갖도록 하여 전극을 제조하였다. Anode Cathode의 두 전극을 각각 나피온 함량비가 다른 두 개의 gradient 층구조의 촉매층으로 9:1, 8:2, 7:3, 6:4 비율의 조성비로 성능을 측정하였으며, 전극의 전기화학적 반응 면적을 알아보기 위해 순위전위법을 그리고 분극 저항(Polarization resistance) 변화를 알아보기 위해서는 0.7V에서 임피던스 측정법의 전기화학분석법으로 전극 제조법에 따른 성능변화를 확인하였다. 특히 Gradient catalyst coating 방법을 이용하여 제조한 MEA는 종래 방식의 MEA보다 high current $density(1000mA/cm^2)$이상에서 향상된 성능을 보였다.

• 설비공학논문집
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• 제28권9호
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• pp.367-372
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• 2016

Gas diffusion layer (GDL) of PEMFCs plays a role that it diffuses the reactant gases to the catalyst layer on the membrane and discharge water from the catalyst layer to the channel. Physical parameters related to the mass transport of GDL are mostly from the uncompressed GDLs while actual GDLs in the assembled stacks are compressed. In this study, the relation of compression and strain of GDLs with various Polytetrafluoroethylene (PTFE) loading is measured experimentally and In-plane gas permeability is measured at the condition that the GDLs are in compressive strain. The gas permeability decreased with the loading of PTFE and the presentation of gas permeability under compressive stain is expected to improve the accuracy of modeling work of mass transport in the GDL.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.237-238
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• 2009

1999년 Zwilling 등은 타이타늄과 타이타늄 합금위에 불산을 포함하는 산성 전해질에서 양극산화 방법에 의해 $TiO_2$ 나노튜브를 형성시켰다. 그러나 HF의 강한 용해성으로 인해 튜브의 길이를 500 nm이상 성장 시킬 수 없다는 문제점을 가지고 있었고 그 후에 HF대신에 전해질에 $NH_{4}F$를 혼합하여 pH를 조절하는 방법으로 $TiO_2$가 용해되는 속도를 감소시켜 약 $2{\sim}4$배 더 크게 성장 시킬 수 있다고 보고한 바 있지만 수 ${\mu}m$ 이상의 길이로는 성장 시킬 수 없다는 한계를 가지고 있었다. 최근에는 불소이온을 포함하는 점액질의 유기전해질에서 높은 종횡비, 40-60 nm의 작은 기공직경과 매끄러운 튜브벽을 가지는 수 um이상의 나노튜브를 성장 시키는 보고가 있으나 $TiO_2$ 나노튜브의 제조에 영향을 미치는 파라메타에 대한 연구가 아직 많지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 전해질의 구성, 전압, 양극산화 시 교반의 영향에 대해 조사하였다. 불산과 에틸렌글리콜 전해질에서 형성된 $TiO_2$ 나노튜브의 비 표면적의 차이를 조사했고 튜브의 길이와 기공크기도 양극산화 시 인가전압과 전해질 구성에 따라 다른 것을 확인할 수 있었다. 이는 포어 바닥에서 국부적인 산성화를 유발하는 타이타늄의 가수분해와 $TiO_2$의 용해는 산화피막층의 용해작용을 증가시키는 수소이온의 농도를 증가시고 그에 따라 인가접압이 증가함에 따라 전해질 내의 이온수송을 활발하게 하기 위한 구동력이 증가해 전류밀도가 높아지는 것으로 확인되었단. 또한 양극산화 동안 전해질을 교반 한 경우 그런지 않은 경우에 비해 전해질 내의 유속(mass flow)를 증가시켜 더 긴 나노튜브를 얻을 수 있었다.

• 공업화학
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• 제10권6호
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• pp.814-821
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• 1999

고비표면적의 활성탄소섬유(ACF: activated carbon fiber)를 분극성 전극으로 이용한 전기이중층 캐패시터(electric double layer capacitor)의 단위 cell test를 통하여, ACF의 비표면적, 세공의 크기 및 전기전도도가 캐패시터의 비축전용량에 커다란 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 전해질은 $H^+$ 이온을 함유한 $H_2SO_4$이 가장 좋은 축전용량을 나타내었으나, 집전체 부식 등의 문제로 인하여, 실용화에 있어서는 우수한 충방전 거동을 나타낸 KOH계 전해질이 적당한 것으로 확인되었다. 분극성 전극으로 사용되는 ACF를 탄화 또는 후활성화 등이 후처리를 통하여 비축전용량을 급격히 증가시킬수 있었고, 3만회까지의 연속 충방전 실험에서 전기이중층 캐패시터는 2차전지에서는 찾아 볼 수 없는 매우 높은 충방전 효율과 긴 사용수명을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

• Elastomers and Composites
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• 제47권4호
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• pp.292-296
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• 2012

폴리비닐알콜, 규소텅스텐산, 인산 및 수용액으로 구성된 $80{\mu}m$의 두께의 고분자겔 전해질 필름을 제조하여 활성탄소계 전기이중층 케페시터를 제조하였다. 제조한 고분자겔 전해질 필름은 상온에서 $10^{-2}S\;cm^{-1}$의 높은 이온전도도를 나타내었으며, 본 전해질 필름을 적용한 활성탄소계 전기이중층 케패시터는 100 mV/s에서 $58F\;g^{-1}$의 높은 캐패시턴스 특성과 우수한 수명특성을 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.196-196
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• 2012

염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 단가가 낮고 반투명하며 친환경적 특성으로 차세대 태양전지로 주목을 받았으나 염료의 안정성의 문제와 특정 파장대의 빛만 흡수하는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 양자구속 효과에 의해 크기에 따라 밴드갭 조절이 용이하여 다양한 파장대의 빛을 흡수 할 수 있는 양자점 감응태양전지가 많은 관심을 받고 있다. 하지만 양자점 감응 태양 전지의 활성층으로 사용되는 반도체 산화물인 이산화티타늄의 두께는 $13{\sim}18{\mu}m$로 짧은 확산거리로 인해 전하수집의 한계를 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 인듐 주석 산화물 나노선을 합성하여 전자가 광전극에 직접유입이 가능하도록 해 빠른 전하이동 및 전하수집을 가능하게 한다. 인듐 주석 산화물 나노선은 증기수송 방법(VTM)을 이용하여 인듐 주석 산화물 유리 기판 위에 $5{\sim}30{\mu}m$ 길이로 합성하였다. 전해질과 전자가 손실되는 것을 방지하기 위해 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 이산화 티타늄 차단층을 20 nm 두께로 코팅한 후 화학증착방법(CBD)을 이용하여 인듐 주석 산화물 나노선-이산화 티타늄 코어-쉘 구조를 만든다. 마지막으로 황화카드뮴, 카드늄셀레나이드, 황화아연을 증착시킨 후 다황화물 전해질을 이용하여 양자점 감응 태양전지를 제작하였다. 특성 평가를 위해 전계방사 주사전자현미경, X-선 회절, 고분해능 투과 전자 현미경을 이용하며 intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS), intensity modulated voltage spectroscopy (IMVS)를 이용하여 전하수집 특성평가를 하였다.