• 한국표면공학회지
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• 제55권6호
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• pp.319-327
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• 2022

Ion exchange membranes have been developed from laboratory tools to industrial products with significant technical and trade impacts in the last 70 years. Today, ion exchange membranes are successfully applied for water and energy for different electro-membrane processes. Hydrogen could be produced by electrochemical water splitting using renewable energy, for example, solar, biomass, geothermal and wind energy. This review briefly summarizes the recent studies reporting the state-of-the-art anion-exchange membrane water electrolysis, especially focusing on the enhancement of the durability of anion-exchange membranes. Anion-exchange membrane water electrolysis could be used as inexpensive non-noble metal electrocatalysts that are capable of producing low cost of hydrogen. However, the main challenge of anion-exchange membrane water electrolysis is to increase the performance and durability. In this mini review, the limiting factors of the durability and the technology enhancing the durability will be discussed for anion exchange membrane water electrolysis.

• 멤브레인
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• 제23권6호
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• pp.469-474
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• 2013

알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위해 음이온교환막을 제작하였다. 음이온교환막은 PVC (polyvinyl chloride)를 출발물질로 하여 클로로메틸화 및 아민화에 의해 제작하였다. 제작한 막은 막 특성(막 저항, 이온교환용량)을 평가하였다. 제작한 음이온교환막의 1M NaOH수용액에서의 최저 막 저항은 $2.9{\Omega}{\cdot}cm^2$를 나타냈다. 이 막은 2.17 meq./g-dry-membrane의 이온교환용량과 43.4%의 함수율을 보였다. 제작한 음이온교환막의 막 특성을 시판의 막 특성과 비교 평가하였다. 1M NaOH수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>Homemade membrane>AHA>APS=AFN의 순으로 저항 값이 높았다. 이온교환 용량은 Homemade membrane>AFN>APS>AHT>AHA>IOMAC의 순으로 높은 값을 가졌다.

• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.496-513
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• 2022

본 연구에서는 음이온 교환막 수전해 시스템에 적용가능성을 확인하고자 상용 음이온 교환막인 FAA-3-50, Neosepta-ASE, Sustainion grade T, Fujifilm type 10의 관련 물성을 평가하였다. 음이온교환막을 이용하는 특성상 음이온교환기의 확인을 위하여 SEM/EDX를 이용하여 상용막의 모폴로지와 표면의 원소를 분석하여 상용막이 포함하고 있는 작용기의 분포를 확인하였다. 또한, UTM과 TGA를 이용하여 기계적 강도 및 열분해온도를 측정하여 수전해의 구동조건을 만족하는지 확인하였다. 음이온 교환막으로서의 성능을 파악하기 위하여 중요한 특성인 이온교환용량과 이온전도도를 측정하였으며, 알칼리 환경에서 구동되기 때문에 각각의 상용막의 내알칼리성을 확인하기 위한 내구성 테스트를 진행하여 비교하였다. 최종적으로 막-전극 접합체를 제조하여 수전해 single cell test를 진행하여 60℃, 70℃, 80℃의 온도 조건에서 cell 성능을 확인하였고 장기 cell test로 다른 온도에서 20 cycle 측정하여 수전해 성능을 비교하여 상용막의 음이온 교환막 수전해에 적용가능성을 비교하여 확인하였다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권2호
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• pp.55-63
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• 2023

In this study, the influence of different IEMs (ion exchange membranes) to performance of the hypochlorite electrolysis unit with Cl₂ recovery stream was investigated. More specifically, Nafion 117-a representative cation exchange membrane (CEM)-and aminated polypheylene oxide (APPO)-an anion exchange membrane (AEM)-were installed in the hypochlorite electrolysis unit, and the performance and the energy efficiency of the units were evaluated and compared. Regardless of whether CEM (Nafion 117) or AEM (APPO) was installed, the rate of hypochlorite generation was increased (by up to 24.3% and 22.2% for Nafion 117 and APPO, respectively) compared with the unit without an IEM. On the other hand, the power efficiency and the optimum operation condition of hypochlorite production units seem to depend on the conductivity and stability of the installed IEM. As the result, between Nafion 117 and APPO, higher performance and efficiency were achieved with Nafion 117, due to excellent conductivity and stability of the membrane.

• 멤브레인
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• 제31권4호
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• pp.275-281
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• 2021

알칼리 수전해용 격막으로 사용가능성을 평가하기 위해 5종류의 상용 음이온교환막의 열적안정성, 이온전도도, 내구성을 평가하였다. TGA (thermo-gravimetric analysis)로 분석한 열적안정성은 FAAM-PK-75와 FAAM-40 막이 다른 3종류의 AEM, AHO, AHA 막과 비교하여 좋은 성능을 보였다. 25℃와 80℃, 7 M KOH 수용액에서의 이온전도도는 AEM막이 다른 막과 비교하여 약 4~17배 높은 값을 보였다. 25℃, 7 M KOH 수용액에서 측정한 내구성은 FAAM-PK-75막이 다른 막과 비교하여 안정하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.330-336
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• 2022

In order to evaluate the possibility as a separator in alkaline water electrolysis, the high temperature characteristics were evaluated by measuring the membrane resistance and durability of 5 types of commercial anion exchange membranes in 7 M KOH solution and at 80℃. The membrane resistance of AEM membrane measured in 7 M KOH solution and at 80℃ had a lower value of about 8-24 times compared to the other membranes. The durability of AEM membrane tested with the soaking time in 7 M KOH solution and at 80℃ showed a very good stability and that of FAAM40 and FAAM75-PK showed secondly a good stability. The thermal stability with the soaking time in 7 M KOH solution and at 80℃ of FAAM40 and FAAM75-PK membrane analyzed by thermo-gravimetric analysis showed a good stability compared to the other membranes.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권3호
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• pp.183-196
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• 2017

The research efforts directed at advancing water electrolysis technology continue to intensify together with the increasing interest in hydrogen as an alternative source of energy to fossil fuels. Among the various water electrolysis systems reported to date, systems employing a solid polymer electrolyte membrane are known to display both improved safety and efficiency as a result of enhanced separation of products: hydrogen and oxygen. Conducting water electrolysis in an alkaline medium lowers the system cost by allowing non-platinum group metals to be used as catalysts for the complex multi-electron transfer reactions involved in water electrolysis, namely the hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER, respectively). We briefly review the anion exchange membranes (AEMs) and electrocatalysts developed and applied thus far in alkaline AEM water electrolysis (AEMWE) devices. Testing the developed components in AEMWE cells is a key step in maximizing the device performance since cell performance depends strongly on the structure of the electrodes containing the HER and OER catalysts and the polymer membrane under specific cell operating conditions. In this review, we discuss the properties of reported AEMs that have been used to fabricate membrane-electrode assemblies for AEMWE cells, including membranes based on polysulfone, poly(2,6-dimethyl-p-phylene) oxide, polybenzimidazole, and inorganic composite materials. The activities and stabilities of tertiary metal oxides, metal carbon composites, and ultra-low Pt-loading electrodes toward OER and HER in AEMWE cells are also described.

• 공업화학전망
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• 제24권4호
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• pp.1-21
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• 2021

화석연료의 과도한 사용으로 유발된 기후변화 문제를 해결하기 위해 대체에너지의 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 재생가능하며 친환경적인 수소에너지가 실현가능한 궁극적 대안으로 주목받고 있다. 다양한 수소 생산 기술 중 물의 전기분해를 이용한 수전해 기술은 온실가스와 같은 오염물질을 배출하지 않으며 재생에너지와 연계하여 미이용 전력을 대용량 장주기로 저장할 수 있다는 장점이 있다. 수전해 장치는 수소와 산소를 발생하는 전극과 기체의 섞임을 방지하고 이온을 전달하는 분리막으로 구성되며 그 중 분리막은 수전해 장치의 효율과 안정성을 결정짓는 핵심 부품이다. 본 총설에서는 수전해 기술 중 저온 수전해에 해당하는 알칼라인 수전해(alkaline water electrolysis), 고분자전해질막 수전해(polymer electrolyte membrane water electrolysis)와 음이온교환막 수전해(anion exchange membrane water electrolysis)에 사용되는 분리막에 대한 특성을 분석하고 최근 연구 동향에 대해서 다루고자 한다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제12권3호
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• pp.358-364
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• 2021

In this study, an anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) cell was operated for ~1000 h at a voltage bias of 1.95 V. Impedance spectra were regularly measured every ~ 100 h, and changes in the ohmic and non-ohmic resistance were traced as a function of time. While there was relatively little change in the I-V curves and the total cell resistance during the long-term test, we observed various electrochemical phenomena in the cell: 1) initial activation with a decrease in both ohmic and non-ohmic resistance; 2) momentary and non-permanent bubble resistance (non-ohmic resistance) depending on the voltage bias, and 3) membrane degradation with a slight increase in the ohmic resistance. Thus, the regular test protocol used in this study provided clear insights into the performance degradation (or improvement) mechanism of AEMWE cells.

• 전기화학회지
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• 제25권2호
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• pp.69-80
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• 2022

고순도 수소생산을 위한 음이온 교환막 수전해는 양성자 교환막 수전해 시스템에서 사용되는 기존 귀금속 촉매 대신 저렴한 비귀금속 기반 촉매를 사용하여 차세대 녹색 수소 생산 기술로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 음이온 교환막 수전해 기술은 개발 초기 단계이기 때문에 음이온 교환막 수전해의 핵심 요소인 음이온 교환막, 이오노머, 전극지지체 및 촉매에 관한 연구 수행이 필요하다. 그 중, 현재 촉매 분야에서 진행되고 있는 연구들은 기개발된 알칼리용 반쪽전지 촉매를 음이온 교환막 시스템에 적용하는 방향의 연구가 진행되고 있으며 적용된 촉매는 낮은 활성도와 내구성의 문제점을 가진다. 이에 본 총설은 알칼리성 매질에서 비귀금속 기반 촉매를 사용하여 산소발생반응 및 수소발생반응을 촉진시킨 촉매 합성 기술을 제시하였다.