고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 고분자막의 내구성 향상을 위해서 빠른 시간에 내구성을 평가할 수 있는 가속 내구 평가법들이 연구 개발되었다. 그러나 트럭, 버스 등 대형 상용차용 연료전지 수명은 승용차보다 3배 이상 요구되어 화학적 가속 내구 평가(Accelerated stress test, AST) 시간도 길어져서 1,500 시간 이상이 되었다. 그래서 본 연구에서는 단 시간내에 고분자막의 화학적 내구성을 평가하기 위한 방법으로 막 초기 특성으로 내구성을 예측할 수 있을지 검토하였다. 초기 특성으로 수소투과전류밀도(Hydrogen crossover current density, HCCD)와 단락 저항(Short resistance, SR)을 그리고 3시간의 셀 밖 실험으로 가능한 Fenton 실험을 통해 AST 시간을 예측하였다. HCCD와 불소 이온 유출 농도가 증가하면 AST 시간이 선형적으로 짧아지는 경향을 보였으나 편차가 있었다(R2 ≒0.65). SR이 감소하면 AST 시간이 선형적으로 증가하는 상관관계를 보였으며 정확도가 높아(R2 =0.93) 고분 자막 초기 SR로 AST 시간을 예측할 수 있었다.
It is generally referred that life cycle of concrete construction is depend on whether durability of concrete is obtained or not. Nevertheless, it has not been yet applied that new material and technology to improve durability of concrete such as seaside concrete construction. In this study, chemical agent which is capable of improving durability added to 2 types seaside concrete mixs and evaluated engineering properties such as slump, air content, setting time and compressive strength. Besides shrinkage crack with an restraint condition and chloride ion penetration tests were executed to measure resistance of concrete added chemical agent and then compared non-added. It was appeared that engineering properties and resistant for chlorides was possible to improved. But resistant for shrinkage crack was not noticeable improvement than non-added. Therefore it is necessary that more consideration and following study to improve durability aspect to shrinkage crack and chlorides resistant.
Nowadays, the issue of solar cell durability in local weather and environment is a crucial issue. Above all, surface corrosion on solar cell multilayers is a major factor that determines the durability of commercial solar cells; corrosive chemical interactions between air, humidity and chemical species and solar cell multilayers can unfavorably affect the durability. Here, we study microscopic and spectroscopic surface techniques to investigate the corrosive interaction on the antireflective layers of solar cell multilayers under various conditions such as acid, base, constant temperature and humidity. Surface morphology and adhesion force were characterized with atomic force microscopy before and after chemical treatment. Chemical composition, and transmittance factors were studied with X-ray photoelectron spectroscopy, and ultraviolet-visible spectroscopy, respectively. Based on these studies, we suggest the dominant factors in the corrosive chemical processes, and their influences on the structural, compositional, and optical properties of the antireflective layers.
Shotcrete needs the enough durability without deterioration for life time. But shotcrete is being deteriorated according to aging like concrete by internal causes whithin itself and by external causes which can be physical, chemical, or mechanical. Durable shotcrete can be made by incresing the cement content, adding chemical and mineral admixtures and so on. So, in this study, chloride ion penetration test, freeze and thaw test, neutralization test were conducted to examine the durability characteristice of shotcrete with mineral admixtures such as silica fume, blast-furnace slag and fly ash. These results indicate that shotcrete with silica fume is durable. Therefore, the present study provides a firm base to make high performance shtcrete.
The purpose of this study is to improve the durability performance of polymer modified cement composites for repair of concrete under combined aging conditions. The experimental procedure was divided into three parts. First, the replacement level of mineral admixtures in polymer modified cement composites were determined in an experimental study based on a Box Behnken design. Second, the flow value, compressive strength and chloride permeability test of sixteen types of mixtures were conducted. Test results show that the polymer modified cement composites were effected on the improvement of the compressive strength and permeability performance. Third, the effects on the replacement level of silica fume mixture was evaluated by the compressive strength, chloride permeability, chemical resistance and repeated freezing and thawing cycles test. They demonstrated that the polymer modified cement composites using mixture of silica fume, fly ash, and blast furnace slag improved the durability performance.
This study is intended to discuss the application of expansive additives for concrete to improve the durability of precast concrete box culvert by inducing the chemical prestress. The precast concrete box culvert using expansive cement are tested to verify the effect of expansive additives. The results show that the initial cracking load and yielding load of the expansive cement numbers are increased when they are compared with those of the normal concrete. In the prototype precast concrete box culvert experiment, initial crack control effect and strength of joint are increased, but the deflection is decreased by expansive cement. Brides, reinforcement ratio is decreased about 14.6 percent in compering with the case of using normal cement. If can be the concluded that the use of expansive additives to induce the chemical prestress was improve the durability in concrete box culvert.
PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cells)에서 PtCo/C 합금 촉매가 성능이나 내구성에서 우수하여 많이 사용되고 있다. 그러나 높은 전압에서(1.0~1.5 V) 평가되는 촉매 지지체 내구성에 관한 연구는 별로 보고 되지 않았다. 본 연구에서는 PtCo/C 촉매와 Pt/C 촉매에 촉매 지지체 가속 열화 프로토콜을 적용한 후 내구성을 비교하였다. 1.0↔1.5V 전압 변화 사이클 반복 후에 촉매 비활성도(Mass activity)와 전기화학적 활성면적(ECSA), 전기이중층 용량(DLC), Pt 용해와 입자 성장 등을 분석하였다. 전압변화 2,000 사이클 후 PtCo/C 촉매는 Pt/C 촉매에 비해 0.9 V에서 촉매 무게당 전류밀도가 1.5배 이상 감소하였다. 이와 같은 결과는 PtCo/C 촉매의 카본지지체의 열화 속도가 Pt/C 촉매보다 높기 때문이었다. Pt/C 촉매는 PtCo/C 촉매보다 촉매층의 ECSA 감소가 1.5배 이상 높았지만 Pt/C 촉매의 카본 지지체 부식이 작아 I-V 성능 감소가 작았다. PtCo/C 촉매의 고전압 내구성 향상을 위해서는 카본 지지체 내구성 향상이 필수적임을 보였다.
최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated poly (ether ether ketone) (sPEEK) 막의 내구성을 증가시키기 위해 PI 지지체를 이용한 강화 막을 제조하였다. 단일(비강화) 막전극합체(MEA)와 강화막 MEA의 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. 그 결과, 강화 MEA가 단일 MEA에 비해 수소투과전류밀도가 낮으며, 내구성이 높음을 확인하였다. 특히 열화 후 강화 MEA에서는 단일 MEA에서 나타난 쇼트 현상이 나타나지 않았다.
The air-cooled proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) stacks, which is widely used in small-sized PEMFC, have a problem in that durability is weaker than that of the water-cooled type. Because the cathode is open to the atmosphere and the structural problem of the air-cooled stack, which is difficult to maintain airtightness, is highly likely to form a hydrogen/air boundary during start-up/shut-down (SU/SD). Through the accelerated durability evaluation of the 20 W air-cooled PEMFC stack, the purpose of this study was to find out the cause of the degradation of the stack and to contribute to the improvement of the durability of the air-cooled PEMFC stack. In this study, it was possible to evaluate durability in a relatively short time by reducing 20-30% of initial performance by repeating SU/SD 1,000 to 1,200 times on an air-cooled PEMFC stack. After disassembling the stack, each cell was divided into two and the performance analysis showed that the electrode degradation was more severe in the anode outlet membrane electrode assembly (MEA), which facilitates air inflow as a whole, than in the inlet MEA. It was shown that the cathode Pt was dissolved/precipitated to deteriorate the polymer ionomer inside the membrane.
고분자전해질 연료전지의 기계적 내구성을 높이기 위해 고분자막에 지지체를 넣은 강화막이 사용되고 있다. 지지체는 주로 e-PTFE를 사용하는데 소수성이고 이온전달이 안되므로 성능저하의 원인이 될 수 있다. 그래서 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 PEMFC 성능과 전기화학적 내구성 미치는 영향에 대해 연구하였다. 본연구에서는 지지체가 들어간 강화막과 들어가지 않은 단일막(비강화막)을 비교하였는데, 지지체의 소수성 때문에 강화막의 물 확산계수가 단일막보다 낮았다. 강화막은 물확산 계수가 낮아 이온의 막 이동 저항이 단일막보다 높았다. 지지체의 낮은 수소투과도 때문에 강화막의 OCV가 단일막보다 높았다. 지지체가 수소투과도를 감소시킴으로서 라디칼 발생속도를 감소시켜 강화막의 전기화학적 내구성도 향상시킴을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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