• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권4호
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• pp.316-326
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• 2016

Development and discovery of efficient, cost-effective, and robust electrocatalysts are imperative for practical and widespread implementation of water electrolysis and fuel cell techniques in the anticipated hydrogen economy. The electrochemical reactions involved in water electrolysis, i.e., hydrogen and oxygen evolution reactions, are complex inner-sphere reactions with slow multi-electron transfer kinetics. To develop active electrocatalysts for water electrolysis, the physicochemical properties of the electrode surfaces in electrolyte solutions should be investigated and understood in detail. When electrocatalysis is conducted using nanoparticles with large surface areas and active surface states, analytical techniques with sub-nanometer resolution are required, along with material development. Scanning electrochemical microscopy (SECM) is an electrochemical technique for studying the surface reactions and properties of various types of electrodes using a very small tip electrode. Recently, the morphological and chemical characteristics of single nanoparticles and bio-enzymes for catalytic reactions were studied with nanometer resolution by combining SECM with atomic force microscopy (AFM). Herein, SECM techniques are briefly reviewed, including the AFM-SECM technique, to facilitate further development and discovery of highly active, cost-effective, and robust electrode materials for efficient electrolysis and photolysis.

• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.9-13
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• 2016

Electrospun poly(ether sulfone) (PES) membrane impregnated with Nafion (PES-N) have been developed for high-temperature polymer-electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC). The PES-N obtains highly thermal stability up to $430^{\circ}C$, which is higher than that of the commercial Nafion 212. The PES-N membrane shows a good proton conductivity of about $10^{-2}S\;cm^{-1}$ in a temperature range from $75^{\circ}C$ to $120^{\circ}C$. The membrane-electrode assembly (MEA) with the PES-N membrane exhibits a current density of $1.697A\;cm^{-2}$ at $75^{\circ}C$, and $0.813A\;cm^{-2}$ at $110^{\circ}C$ when the applied voltage is 0.6 V, whereas the MEA with the Nafion 212 membrane shows the current density of $0.647Acm^{-2}$ at $110^{\circ}C$. The results suggest that the PES-N can be a good candidate for a polymer electrolyte membrane of the HT-PEMFC.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.581-586
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• 2023

As the development of alternative energy is required due to the depletion of fossil fuels, interest in the use of hydrogen energy is increasing. Hydrogen is a promising clean energy source with high energy density and can lead to the application of environmentally friendly technologies. However, due to difficulties in production, storage, and transportation that prevent the application of hydrogen-based eco-friendly technology, research on reforming reactions using dimethyl ether (DME) is being conducted. Unlike other hydrocarbons, DME is attracting attention as a hydrogen carrier because it has excellent storage stability and transportability, and there is no C-C bond in the molecule. The reaction between DME and steam is one of the reforming processes with the highest hydrogen yield in theory at a temperature lower than that of other hydrocarbons. In this study, a hydrogen reforming device using DME was developed and a catalyst prepared by supporting Cu in alumina was put into a reactor to find optimal hydrogen production conditions for supplying hydrogen to fuel cells while changing reaction temperature (300-500℃), pressure (5-10 bar), and steam/carbon ratio (3:1 to 5:1).

• 신재생에너지
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• 제9권1호
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• pp.51-59
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• 2013

Tantalum carbide crystallites which is to be used for $H_2$ fuel cell has been synthesized via a temperature-programmed reduction of $Ta_2O_5$ with pure $CH_4$. The resultant Ta carbide crystallites prepared using two different heating rates and space velocity exhibit the different surface areas. The $O_2$ uptake has a linear relation with surface area, corresponding to an oxygen capacity of $1.36{\times}10^{13}\;O\;cm^{-2}$. Tantalum carbide crystallites are very active for hydrogen production form ammonia decomposition reaction. Tantalum carbides are as much as two orders of magnitude more active than Pt/C catalyst (Engelhard). The highest activity has been observed at a ratio of $C_1/Ta^{{\delta}+}=0.85$, suggesting the presence of electron transfer between metals and carbon in metal carbides.

• 공업화학
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• 제23권3호
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• pp.297-301
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• 2012

미생물연료전지는 미생물의 신진대사 활동을 통해 자발적으로 바이오매스를 전기로 전환시키는 바이오 전기화학 시스템이다. 본 연구에서는 미생물 접종원으로 활성슬러지를 사용하였으며, 미생물연료전지의 전기생산을 위한 기질로서 유가공 폐수의 적용 가능성을 검토하였다. 전력발생 장치로서 미생물연료전지의 성능을 파악하고자 전지전위, 전력밀도, 순환전압전류 분석 및 지속가능 전력생산에 관한 특성을 유가공 폐수를 적용하여 평가하였다. Chemical Oxygen Demand (COD) 2650 mg/L의 유가공 폐수를 이용한 미생물연료전지 시스템에서 COD가 88% 제거되었으며, 최대 전력밀도는 $40\;mW/m^2$에 도달하였다. 본 연구 결과로부터 유가공 폐수를 효과적으로 처리하는 동시에 전기를 생산하기 위한 미생물연료전지 기술의 적용 가능성을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권8호
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• pp.489-493
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• 2017

미생물연료전지는 하폐수에 존재하는 다양한 유기성물질을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 생물전기화학적공정이다. 본 연구에서는 전산모사를 통하여 산화전극의 크기, 전극간 거리, 전체 산화전극면적이 기질분해에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 생활하수를 처리하는 다중산화전극 및 SPA (Spaced electrode assembly)형 연속식 미생물연료전지공정을 모사하였으며, 전산모사결과에 따르면 단일전극의 크기에 의한 영향보다는 전극간 거리가 짧을수록 기질분해속도가 빠른 것으로 나타났다. 특히 전체 산화전극의 면적이 큰 경우가 기질분해가 가장 빠른 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 미생물연료전지공정의 설계에 있어서 율속단계로 알려진 환원전극의 크기 외에도 산화전극의 크기 및 전극간 거리 또한 기질분해 속도에 영향을 미칠 수 있는 중요한 인자임을 알 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제30권4호
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• pp.213-227
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• 2020

재생 불가능한 에너지 자원이 수년에 걸쳐 고갈됨에 따라, 재생 에너지 생산을 위한 보다 효과적인 방법에 대한 연구가 증가되었다. 연로전지 개발의 한 분야인 미생물 연료전지(MFC)는 이중 성능의 잠재력 덕분에 발전하였다. MFC는 박테리아와 같은 전극 감소 생물에서 전력을 모아서 전기 에너지를 생산한다. MFC는 폐수를 연료로 사용하여 에너지를 생산하고 폐수를 정화한다. 양성자 교환막(PEM)은 양극과 음극 챔버의 분리막으로, 양성자만 효과적으로 통과할 수 있게 하는 중요한 역할을 한다. Nafion은 MFC에 상업적으로 사용되는 PEM이지만 비용, 생산 시간, 양성자 전도성 차원에서 보완할 점들이 많다. 본 리뷰 논문에는 Nafion을 대체할 수 있는 새로 개발된 PEM 몇 가지를 논의하였다. 또한, PEM, 혼합 PEM 및 복합 PEM에 기반한 MFC를 요약하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.493-499
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• 2010

Steam reforming (SR) of glycerol, a main by-product of manufacturing process of bio-diesel, for the production of hydrogen was investigated over the Ni-based catalysts. The Ni-based catalysts were prepared by an impregnation method, and characterized by $N_2$ physisorption, CO chemisorption, XRD and TEM techniques. It was found that the Ni/${\gamma}-Al_2O_3$ catalyst showed higher conversion and catalytic stability for the carbon formation than the other catalysts in the steam reforming of glycerol under the tested conditions. The results suggest that the steam reforming of glycerol over modified Ni/${\gamma}-Al_2O_3$ catalyst minimized carbon formation can be applied in hydrogen station for fuel-cell powered vehicles and fuel processor for stationary and portable fuel cells.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제21권2호
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• pp.187-191
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• 2011

Microbial fuel cells (MFCs) were successfully enriched using sludge contaminated with Cr(VI) and their characteristics were investigated. After enrichment, the charge of the final 10 peaks was 0.51 C ${\pm}$ 1.16%, and the anodic electrode was found to be covered with a biofilm. The enriched MFCs removed 93% of 5 mg/l Cr(VI) and 61% of 25 mg/l Cr(VI). 16S rDNA DGGE profiles from the anodic electrode indicated that ${\beta}$-Proteobacteria, Actinobacteria, and Acinetobacter sp. dominated. This study is the first to report that electrochemically active and Cr(VI)-reducing bacteria could be enriched in the anode compartment of MFCs using Cr(VI)-containing sludge and demonstrates the Cr(VI) removal capability of such MFCs.

• 공업화학
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• 제24권6호
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• pp.567-578
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• 2013

미생물연료전지는 혐기성 조건에서 미생물의 촉매 반응을 통해 유기물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 생물전기화학 장치이다. 미생물연료전지의 전력밀도 및 쿨롱효율은 산화전극 챔버 내 미생물의 종류, 시스템 구성요소 및 운전조건에 영향을 받는다. 미생물연료전지에서 달성할 수 있는 전력은 구성요소, 물리적 및 화학적 운전조건, 바이오 촉매 선택 등의 최적화로 디자인을 변형하여 현저하게 증가시킬 수 있다. 본 총설에서는 미생물연료전지의 구성, 운전 매개변수의 최적화 및 성능과 더불어 장래 응용에 대한 최근 연구를 중점적으로 고찰하고자 한다.