• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제32권4호
• /
• pp.245-255
• /
• 2021

Various studies about metallic bipolar plates have been conducted to improve fuel cell performance through flow field design optimization. These research works have been mainly focused on fuel cells for vehicle, but not fuel cells for building. In order to reduce the price and volume of fuel cell stacks for building, it is necessary to apply a metallic flow field, In this study, for a metallic flow field applied to a fuel cell for building, the effect of a change in the flow field shape on the performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell was confirmed using a model and experiments with a down-sizing single cell. As a result, the flow field using a metal foam outperforms the channel type flow field because it has higher internal differential pressure and higher reactants velocity in gas diffusion layer, resulting in higher water removal and higher oxygen concentration in the catalyst layer than the channel type flow field. This study is expected to contribute to providing basic data for selecting the optimal flow field for the full stack of polymer electrolyte membrane fuel cells for buildings.

• 한국재료학회지
• /
• 제33권5호
• /
• pp.175-188
• /
• 2023

Water electrolysis holds great potential as a method for producing renewable hydrogen fuel at large-scale, and to replace the fossil fuels responsible for greenhouse gases emissions and global climate change. To reduce the cost of hydrogen and make it competitive against fossil fuels, the efficiency of green hydrogen production should be maximized. This requires superior electrocatalysts to reduce the reaction energy barriers. The development of catalytic materials has mostly relied on empirical, trial-and-error methods because of the complicated, multidimensional, and dynamic nature of catalysis, requiring significant time and effort to find optimized multicomponent catalysts under a variety of reaction conditions. The ultimate goal for all researchers in the materials science and engineering field is the rational and efficient design of materials with desired performance. Discovering and understanding new catalysts with desired properties is at the heart of materials science research. This process can benefit from machine learning (ML), given the complex nature of catalytic reactions and vast range of candidate materials. This review summarizes recent achievements in catalysts discovery for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). The basic concepts of ML algorithms and practical guides for materials scientists are also demonstrated. The challenges and strategies of applying ML are discussed, which should be collaboratively addressed by materials scientists and ML communities. The ultimate integration of ML in catalyst development is expected to accelerate the design, discovery, optimization, and interpretation of superior electrocatalysts, to realize a carbon-free ecosystem based on green hydrogen.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제35권3호
• /
• pp.345-351
• /
• 2024

The unitized regenerative fuel cell (URFC) is a method that can reduce costs and increase system simplification by unitizing a fuel cell system and a water electrolysis system. The spray method is suitable as the membrane electrode assembly (MEA) manufacturing method for URFC because it is easy to control the amount of catalyst, the size of the system is small, and economical manufacturing is possible. In this study, a numerical analysis of the effect of solution concentration on the spray method was performed to use it as basic data for the spray method to be used in MEA manufacturing. As result, as the Nafion solution concentration decreases it was found that the spray speed and the mass flow rate and the discrete phase model concentration increases and the spray range widens.

• 한국가스학회지
• /
• 제27권3호
• /
• pp.19-26
• /
• 2023

수소는 화석연료를 대체할 수 있는 COx-free 에너지원으로 사용량은 지속적으로 증가할 것이다. 수소는 단위 질량당 에너지 함량이 높으나, 낮은 저장 밀도와 장기 저장의 어려움으로 저장 및 운송에 한계가 존재한다. 반면, 암모니아는 단위 부피당 저장용량이 크고, 비교적 액화가 용이하여 대용량 수소를 저장 및 운송할 수 있는 수소 운반체로 주목받고 있다. 암모니아 분해를 통한 수소 생산 반응은 흡열반응으로 공정의 효율성 및 경제성을 위해 저온 활성이 우수한 촉매 개발이 요구된다. 본 연구에서는 활성금속 Ni의 고분산 담지를 위해 넓은 비표면적의 제올라이트를 지지체로 사용하였으며, 제올라이트 종류(5A, NaY, ZSM5)에 따른 특성(기공구조, 양이온, Si/Al-비)이 촉매 활성 및 반응 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 5A 제올라이트는 표면, 기공, 구조체 내에 Ni 을 고분산 담지를 가능하게 하였으며, 낮은 Si/Al-비로 인한 풍부한 산점은 암모니아 흡착을 증가시켰다. 또한, 지지체에 포함된 Na과 Ca 양이온으로 인한 중간-염기점은 질소 탈착속도를 향상시켰다. 따라서, 15wt%Ni/5A 촉매는 강한 금속-지지체 상호작용과 중간-염기점을 통한 질소 탈착 속도 향상으로 가장 우수한 암모니아 전환율과 높은 수소 생성율 23.5 mmol/g_cat·min (30,000 mL/g_cat·h, 600 ℃)을 보였다.

• 농업과학연구
• /
• 제3권1호
• /
• pp.105-119
• /
• 1976

Caramel 색소(色素)의 원료(原料) 대체(代替)를 위(爲)한 기초연구(基礎硏究)로서 자당(蔗糖), 포도당(葡萄糖), 전분당화액(澱粉糖化液) 및 전분질원료당화액(澱粉質原料糖化液)을 여러 가지 촉매하(觸媒下)에서 Caramel화(化) 시킨 다음 그 제품(製品)을 분석(分析)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. Sucrose syrup에 pH3.5가 되도록 산(酸)($H_2SO_4$)을 가(加)한 다음 Caramel화(化)하면 색력(色力)이 비교적(比較的) 강(强)하고 색조양호(色調良好)하며 내식염성(耐食鹽性), 내(耐)Tannin성(性) 및 내(耐)Alcohol성(性)이 강(强)한 품제(品製)이 되었다. 2. Sucrose syrup에 pH9.5가 되도록 Alkali($Na_2CO_3$)를 가(加)하여 Caramel화(化)한 제품(製品)은 색력(色力)이 매우 강(强)하나 적미(赤味)가 약간(若干) 떨어지며, 내(耐)Alcohol성(性)이 강(强)하였으나 내염성(耐鹽性) 및 내(耐)Tannin성(性)이 약(弱)하였다. 3. Sucrose syrup에 $NH_4Cl$ 및 $(NH_4)_2SO_4$와 같은 Ammonium의 강산염(强酸鹽)을 가(加)하여 Caramel화(化)하면 색력(色力)은 매우 강(强)하나 적미(赤味)가 부족(不足)하고 안정성(安定性)이 대단(大端)히 약(弱)한 제품(製品)이 되었으며 $(NH_4)_2CO_3$ 및 $(NH_4)_2SO_3$와 같은 Ammonium의 약산염(弱酸鹽)을 가(加)하였을때에는 색력(色力)이 비교적(比較的) 강(强)하고 색조양호(色調良好) 하며 내염성(耐鹽性) 및 내(耐)Alcohol이 강(强)하였으나 내(耐)Tannin성(性)은 약(弱)하였다. 4. Glucose syrup에 pH9.5에 달(達)하도록 Alkali($Na_2CO_3$)를 가(加)하여 Caramel화(化)하면 색력(色力)을 매우 강(强)하나 적미(赤味)는 떨어지고 내염성(耐鹽性) 및 내(耐)Alcohol은 강(强)하였으나 내(耐)Tannin성(性)은 약(弱)한 제품(製品)이 되었다. 5. Glucose syrup에 각종(各種) Ammonium염(鹽)을 첨가(添加)하고 Caramel화(化) 시켰을 때 $NH_4Cl$구(區)는 색력(色力)이 극(極)히 약(弱)하고 색조불량(色調不良)하며 내(耐)Tannin성(性)도 약(弱)한 제품(製品)이 되었으나 $(NH_4)_2CO_3$, $(NH_4)_2SO_4$, 및 $(NH_4)_2SO_3$ 구(區)는 모두 색력(色力)이 매우 강(强)하였으나 적미(赤味)는 떨어지고 내(耐)Tannin성(性)도 약(弱)하였으나 $(NH_4)_2SO_3$구(區)는 내염성(耐鹽性) 및 내(耐)Alcohol성(性), $(NH_4)_2SO_3$구(區)는 내(耐)Alcohol성(性), $(NH_4)_2SO_4$구(區)는 내염성(耐鹽性)이 강(强)하였다. 6. 각종전분(各種澱粉)의 산당화액(酸糖化液)을 산성하(酸性下)에서 $(NH_4)_2SO_4$를 첨가(添加)하여 Caramel화(化) 하였을 때 감자 전분당화액구(澱粉糖化液區)가 색력(色力)이 가장 강(强)하여 Glucose Caramel의 그것과 비숫한값(2.385)을 나타내었으며 다음이 고구마 전분당화액구(澱粉糖化液區)(1.665)이고 옥수수 전분당화액구(澱粉糖化液區)의 색력(色力)(0.90)이 가장 약(弱)하였으며 이들은 모두 내염성(耐鹽性)이 강(强)하고 내(耐)Tannin성(性) 및 내(耐)Alcohol성(性)이 약(弱)하였다. 7. 건조(乾燥) 분쇄(粉碎)한 고구마, 도토리, 및 굴발분말(粉末), 물로 7일간(日間) 추출(抽出), 경사(傾斜)시키거나 50% Alcohol 용액(溶液)에 24시간(時間) 추출과정(抽出過)한 도토리 및 굴밤분말(粉末)을 전분당화시(澱粉糖化時) 동일방법(同一方法)으로 산당화(酸糖化)시킨 다음 Caramel화(化)하여 그 제품(製品)을 분석(分析)한 결과(結果), 거의 대부분(大部分) 색력(色力)이 약(弱)하고 적미부족(赤味不足)하며 안정성(安定性)도 매우 떨어져, 전분(澱粉)의 분리(分離), 정제(精製), 또는 당액(糖液)의 정제(精製)가 선행(先行)되어야 할것으로 생각되었다.

• 한국미생물생명공학회:학술대회논문집
• /
• 한국미생물생명공학회 2004년도 Annual Meeting BioExibition International Symposium
• /
• pp.60-61
• /
• 2004

Metabolic engineering is now a well established discipline, used extensively to determine and execute rational strategies of strain development to improve the performance of micro-organisms employed in industrial fermentations. The basic principle of this approach is that performance of the microbial catalyst should be adequately characterised metabolically so as to clearlyidentify the metabolic network constraints, thereby identifying the most probable targets for genetic engineering and the extent to which improvements can be realistically achieved. In order to harness correctly this potential, it is clear that the physiological analysis of each strain studied needs to be undertaken under conditions as close as possible to the physico-chemical environment in which the strain evolves within the full-scale process. Furthermore, this analysis needs to be undertaken throughoutthe entire fermentation so as to take into account the changing environment in an essentially dynamic situation in which metabolic stress is accentuated by the microbial activity itself, leading to increasingly important stress response at a metabolic level. All too often these industrial fermentation constraints are overlooked, leading to identification of targets whose validity within the industrial context is at best limited. Thus the conceptual error is linked to experimental design rather than inadequate methodology. New tools are becoming available which open up new possibilities in metabolic engineering and the characterisation of complex metabolic networks. Traditionally metabolic analysis was targeted towards pre-identified genes and their corresponding enzymatic activities within pre-selected metabolic pathways. Those pathways not included at the onset were intrinsically removed from the network giving a fundamentally localised vision of pathway functionality. New tools from genome research extend this reductive approach so as to include the global characteristics of a given biological model which can now be seen as an integrated functional unit rather than a specific sub-group of biochemical reactions, thereby facilitating the resolution of complexnetworks whose exact composition cannot be estimated at the onset. This global overview of whole cell physiology enables new targets to be identified which would classically not have been suspected previously. Of course, as with all powerful analytical tools, post-genomic technology must be used carefully so as to avoid expensive errors. This is not always the case and the data obtained need to be examined carefully to avoid embarking on the study of artefacts due to poor understanding of cell biology. These basic developments and the underlying concepts will be illustrated with examples from the author's laboratory concerning the industrial production of commodity chemicals using a number of industrially important bacteria. The different levels of possibleinvestigation and the extent to which the data can be extrapolated will be highlighted together with the extent to which realistic yield targets can be attained. Genetic engineering strategies and the performance of the resulting strains will be examined within the context of the prevailing experimental conditions encountered in the industrial fermentor. Examples used will include the production of amino acids, vitamins and polysaccharides. In each case metabolic constraints can be identified and the extent to which performance can be enhanced predicted

• 해양환경안전학회지
• /
• 제28권spc호
• /
• pp.30-36
• /
• 2022

수처리 후 직접 해양으로 배출하는 산업시설 등에서 Hazardous and Noxious Substance (HNS) 농도 변화를 연속 자동 측정하기 위한 센서의 기본적 성능으로 상온에서도 ppb 수준의 검출이 가능한 센서가 필요하다고 판단하여 기존의 센서의 감도를 높이기 위한 방법을 제안하였다. 우선 나노입자 박막에 전도성 탄소계 첨가물을 이용하여 필름의 전도도를 높이는 방법과 촉매 금속을 이용하여 표면에서의 이온 흡착도를 높이는 방법에 대해서 각각 연구하였다. 전도성 개선을 위해서 ITO 나노입자를 활용한 필름에 carbon black을 첨가물로 선택하여, 첨가물 함유량에 따른 센서의 성능변화를 관찰하였다. 그 결과 CB 함량 5 wt% 정도에서 전도성 증가에 의한 저항과 응답시간의 변화를 관찰할 수 있었고, 유기용제를 대상으로 한 실험에서 검출하한은 250 ppb 정도까지 낮아지는 것을 확인하였다. 또한 액체 중 이온 흡착도를 높이기 위하여 센서 표면에 촉매로 Au를 스퍼터로 제작한 표면 촉매층을 형성한 시료를 이용한 실험에서 센서의 응답은 20% 이상 증가하고 평균 검출하한은 61 ppm까지 낮아지는 것을 확인하였다. 이 결과로부터 금속산화물 나노입자를 활용한 화학저항형 센서가 상온에서도 수십 ppb 정도의 HNS를 검출할 수 있다는 것을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제20권3호
• /
• pp.329-334
• /
• 2009

저온연소법을 이용하여 이산화티탄과 이트륨 이온이 첨가된 이산화티탄을 합성하였다. 합성조건에 따른 입자의 크기와 모양, 결정성 등에 미치는 영향을 알아보았고, 또한 제조된 촉매의 메틸렌블루의 광분해 활성을 조사하였다. XRD 분석 결과로부터 염기성 조건에서 합성된 경우에는 아나타제형 구조만 나타났으나 산성 및 중성에서는 아나타제와 루틸형이 혼합되어 나타났다. CA/TTIP 비에 관계없이 아나타제형 구조만 나타났으며, CA/TTIP 비가 증가할수록 입자의 크기는 작아지는 것을 볼 수 있다. 소성온도가 $600^{\circ}C$ 이상에서는 아나타제 결정구조가 루틸 결정구조로 변환되기 시작하였다. 한편, 입자들의 모양은 소성온도가 높아질수록 구형으로 변화되었으며, 입자의 크기가 증가하였다. 광촉매 반응의 활성은 CA/TTIP 몰비가 증가할수록, 염기성 조건에서 제조한 경우에 더 높게 나타났으며, $500^{\circ}C$에서 소성시킨 경우에 가장 높은 활성을 보여주었다. 그리고 1 mole% 이트륨 이온을 첨가 시킨 것이 가장 높은 광촉매 활성을 보여주었으며, 상업용 촉매인 P-25 경우보다 높은 활성을 보여주고 있다.

• 공업화학
• /
• 제20권4호
• /
• pp.381-385
• /
• 2009

비균일계 촉매의 일반적인 형태는 촉매로서 활성이 있는 금속 혹은 금속 화합물을 표면적이 넓은 다공성 물질인 지지체에 분산 담지시켜서 금속의 표면적을 높이고 이로부터 금속의 분산이 높아지면서 촉매로서의 활성도 높아져 일반적인 반응에 응용되고 있다. 그러나 본 연구에서는 금속염을 이용한 액상 촉매의 제조 및 응용에 초점을 맞추었다. 일반적인 금속염들은 높은 온도에서도 용융되지 않지만 이 금속염 화합물에 다른 금속염 화합물을 함께 섞어 혼합시키면 이 혼합물이 보통의 비균일 촉매 반응온도인 $200^{\circ}C$에서 $400^{\circ}C$의 범위에서 액상으로 존재할 수 있게 된다. 고온에서 액상형태가 되는 용융된 금속염 혼합물(molten salt)을 지지체의 세공 내에 담지시켜 담지된 액상 촉매로서의 가능성을 알아보고 이들의 촉매 제조와 표면 연구에 초점을 맞추었다. 이들 금속염 혼합물은 종류가 매우 다양하여 여러 종류의 금속에 대하여 혼합염을 선택하여 응용할 수 있다. 본 연구에서는 일반적인 촉매로 많이 이용되고 있는 구리를 선정하고 이의 염화물인 염화구리(CuCl)와 함께 혼합되어 용융될 수 있는 금속염 혼합물을 만들기 위해 칼륨 염화물을 선택하여 CuCl-KCl 혼합염을 촉매 제조에 이용하였다. 이 금속염 혼합물을 지지체에 첨가시킨 양은 담지 시킬 알루미나 세공 부피의 약 25%로 하여 용융된 금속염의 표면적이 넓어지도록 하였고 제조 후의 표면은 SEM와 EDS를 이용하여 분석하였다. 금속염 혼합물은 염산 수용액을 이용하여 함침법으로 담지 시켰으며 제조한 직후와 제조한 후 금속염 혼합물을 용융점 이상으로 3 h 동안 열처리 한 후의 표면을 비교하였다. 실험 결과 표면에서의 CuCl-KCl의 조성은 일정하지 않았지만 이 열처리가 표면에서 금속염 혼합물의 형성을 촉진시키고 있음을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제28권2호
• /
• pp.183-190
• /
• 2006

화강암의 인공풍화에 미치는 수분의 동결-융해와 대기오염물질의 영향을 파악하기 위해 실험적 연구를 수행하였으며 $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅하여 $TiO_2$ 코팅이 화강암의 풍화방지에 어느 정도 효과적인지 살펴보았다. 인공풍화 실험후 화강암 표면의 광물질 조성의 변화를 확인할 수 있었다. 인공풍화시킨 화강암의 밀도는 $2.60g/cm^3$에서 $2.55{\sim}2.56g/cm^3$로 감소하였으며 흡수율과 밀도는 악간 증가하여 동결-융해가 화강암의 풍화에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅한 경우 $TiO_2$ 광촉매를 코팅하지 않은 경우보다 동결-융해와 대기오염물질에 의한 화강암의 물리적 특성 변화(수분 흡수율과 압축강도)가 적어 화강암의 풍화방지에 효과적임을 알 수 있었다.