• 전기화학회지
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• 제12권4호
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• pp.329-334
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• 2009

본 연구는 연료전지 운전시 전극 촉매 및 전해질막 내에서 발생하는 연료 및 산화제의 산화/환원 반응 메커니즘, 이동현상, 구성품 열화현상 등을 핵자기 공명 (NMR, Nuclear Magnetic Resonance)을 이용하여 연료전지의 분해나 시료 채취 없이 제자리 (in situ) 분석할 수 있는 진단장치용 연료전지 개발에 관한 것이다. NMR에 사용되는 연료전지는 특수하게 제작된 TCD (Toroid Cavity Detector) 탐침 내부에서 작동하여야 하며, TCD 탐침이 가지는 기하학적 제한 요소들로 인해 일반적인 평판형 연료전지와 달리 원통형으로 제작된다. 이로 인해 반응물의 공급이나 생성물의 제거가 어려우며 누수 현상 및 불균일한 압력 분배가 발생하여 성능이 낮다. 따라서, in situ NMR 분석용 연료전지가 가지는 구조상의 특징인 원통형에 적합한 유로를 설계하고 제작하여 물질 전달 특성을 개선해야 할 필요성이 있다. 본 연구에서는 NMR 장비 내의 자기장에 영향을 미치지 않는 비자성 물질을 이용해 원 통형 공기극 유로를 개발하여, 산소의 공급 및 반응물의 제거를 원활하게 하였다. 또한, 체결 압력을막-전극 접합체에 균일하게 분배하여 누수 및 누액을 차단하였다. 이를 통해, 상온에서 약 $36mW/cm^2$의 우수한 성능을 나타내는 in situ NMR 진단용 직접 메탄올연료전지 시스템을 개발하였다.

• 소성∙가공
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• 제20권2호
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• pp.118-123
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• 2011

Manufacturing of the bipolar plate of a direct methanol fuel cell (DMFC) by direct laser melting technology (DLM) was attempted. The DLM technology is highly influenced by process parameters such as laser power, scan rate and layering height. Therefore, an analysis of the DLM technology was performed under various conditions. The bipolar plates were fabricated using the DLM process with 316L stainless steel (STS 316L) plates and powder. Powder melting trials at various energy density were performed in order to select a feasible melting range for a given laser power. The melting line height increases and eventually saturates when the energy density increases, but decreases when the laser power increases at a given energy density. For the estimation of the potential performance of the bipolar plate, the surface roughness and contact resistance of the DLM layer were also analyzed. The changes of line height and thickness are useful information to report when manufacturing bipolar plate of fuel cell through the DLM process.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권2호
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• pp.187-192
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• 2006

폴리페닐렌 옥사이드(PPO)를 이용하여 헤테로폴리산(HPA)을 고정시킨 박막 제조를 통해 새로운 고분자 복합막을 제조하고 특성을 분석하였다. 헤테로폴리산인 텅스토인산(PWA)이나 몰리브도인산(PMA)을 혼합한 PPO 박막은 서로 같은 용매에 녹지 않으므로 혼합용매를 사용하여 제조하였다. 본 연구에서는 PWA를 녹이기 위한 용매로 메탄올을 PPO를 녹이기 위한 용매로 클로로포름을 사용하였으며, 혼합된 PPO-PWA 용액을 유리판 위에서 제막하였다. 다공성의 PPO-PWA 박막에 나피온 혼합물을 사용하여 복합막을 제조하였고, 제조된 복합막은 이온 전도도와 메탄올 투과도를 측정하여 특성화하였다. PPO-PWA 복합막의 형태와 구조는 SEM(scanning electron microscopy)과 EDS(energy dispersive spectrometer)로 관찰하였고, 복합막은 직접 메탄올 연료전지(DMFC)용 전해질로서의 성능을 시험하였다. PPO-PWA 구조를 가지고 있는 복합막을 이용함으로써 DMFC 내에서의 메탄올 투과 현상을 66％ 줄일 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제6권1호
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• pp.23-27
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• 2003

본 연구는 휴대용 전원으로 사용 가능성이 높은 소형 직접메탄을 연료전지의 단위전지와 모노폴라 스택의 운전특성을 살펴본 것이다. 공기와 메탄올이 외부에서 강제로 공급되지 않는 수동형(passive)의 운전조건에서 최적 메탄을 농도는 4M이었으며, 촉매 담지량도 $8mg/cm^2$에서 가장 높은 성능을 나타내었다. 상온 상압 수동형 조건에서 얻은 최대 성능은 $55mW/cm^2$이었다. 6개의 단전지로 이루어진 모노폴라 스택에서는 셀간의 성능차이는 크게 나타나지 않았으며, 출력밀도는 $37mW/cm^2$이고, 1W의 출력을 보였다. 또한, 16셀로 구성된 2.4W급 모노폴라 스택을 제작하여 모형 자동차에 장착하고 시범 운전을 성공적으로 수행하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권1호
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• pp.93-102
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• 2007

본 연구에서는 직접 메탄올 연료전지의 전기 화학 반응에 의해 발생하는 이산화탄소와 물의 조절을 위해 기체 발생과 흐름 현상을 관찰할 수 있는 3차원 모델을 개발하였다. 산화극 쪽에 발생한 기체의 조절은 직접 메탄올 연료전지를 설계하는데 중요한 문제이며, 연료 전지의 성능에 커다란 영향을 준다. 유로는 기체의 조절과 아주 밀접한 관계가 있으나 다양한 유로를 설계하고 실험하여 최적의 디자인을 찾는 것은 어렵고 바이폴라 플레이트의 높은 가격 때문에 많은 비용이 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해 전산 유체역학 모델링 기법을 도입하였다. 전산 유체역학을 기반으로 하여 개발된 two-fluid 모델을 이용하여 유체의 흐름 패턴을 시각화 하여 분석함으로써 실험의 횟수를 줄일 수 있었고, 대표적인 4가지 연료전지 유로인 serpentine, zigzag, parallel, semi-serpentine 형태에 개발된 모델을 적용하여 속도, 압력, 메탄올 몰분율, 기체 몰분율 등을 계산하였다. 계산 결과를 이용하여 각 형태의 특성과 장단점을 파악하였고, 이를 바탕으로 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 최적 유로를 설계 하였다.

• 한국고분자학회:학술대회논문집
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• 한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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• pp.269-269
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• 2006

The molecular structure of poly(2,6-dimethyl-4,4' -phenylene oxide)-g-poly (styrenesulfonic acid) (PPO-g-PSSA) graft copolymer was designed, and synthesized via living radical polymerization. Obtained graft copolymers were transformed into proton exchange membranes for direct methanol fuel cell (DMFC) application. The performance of the membranes was measured in terms of water uptake, proton conductivity, methanol permeability, and thermal stability. Very low methanol permeability and good proton conductivity were observed by adjusting grafting frequency and PSSA block content.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.409-411
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• 2005

A series of inorganic-organic hybrid membranes were prepared with a systematic variation of titanium dioxidenanoparticles content. Their water uptake, methanol permeability and proton conductivity as a function of inorganic oxide content were investigated. The results obtained show that the inorganic oxide network decreases the proton conductivity and water swelling. It is also found that increase in inorganic oxide content leads to decrease of methanol permeability. In terms of the morphology, membranes are homogeneous and exhibit a good adhesion between inorganic domains and the polymer matrix. The properties of the composite membranes are compared with the standard nation membrane.

• Macromolecular Research
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• 제12권4호
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• pp.413-421
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• 2004

Sulfonated poly(phthalazinone ether sulfone ketone) (SPPESK) membranes and sol-gel derived SPPESK/silica hybrid membranes have been investigated as potential polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cell (DMFC) applications. In comparison with the SPPESK membrane, the SPPESK/silica membranes exhibited higher water content, improved proton conductivity, and lower methanol permeability. Notably, the silica embedded in the membrane acted as a material for reducing the fraction of free water and as a barrier for methanol transport through the membrane. From the results of proton conductivity and methanol permeability studies, we suggest that the fractions of bound and free water should be optimized to obtain desirable proton conductivities and methanol permeabilities. The highly sulfonated PPESK hybrid membrane (HSP-Si) displayed higher proton conductivity (3.42 ${\times}$ 10$^2$ S/cm) and lower methanol permeability (4.15 ${\times}$ 10$\^$7/ $\textrm{cm}^2$/s) than those of Nafion 117 (2.54 ${\times}$ 10$^2$ S/cm; 2.36 ${\times}$ 10$\^$6/ $\textrm{cm}^2$/s, respectively) at 30$^{\circ}C$. This characteristic of the SPPESK/silica membranes is desirable for future applications related to DMFCs.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.43-46
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• 2007

To find out the optimum design of hydrogen storage and supply tank using Metal Hydride (briefly MH) and to make clear the performance characteristics under various conditions are our research purpose. In order to use the low-temperature exhaust heat, $LaNi_{4.7}Al_{0.3}$ which operates under the low pressure of 1MPa is chosen, and we measure the basic properties, namely density, specific heat, PCT(Pressure-Concentration-Temperature) characteristic, and effective thermal conductivity. Then, a numerical calculation model of hydrogen storage using MH alloy is suggested and this thermal diffusion equation of model is solved by the backward difference method. This calculation results rate compared with the experimental results of the systems which installed 1kg MH alloy and, it is found out that our calculation model can well predict the experimental results. By the experimental using MH alloy, it is recognized that the hydrogen flow rate can control by the step adjustment of brine temperature.

• 멤브레인
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• 제14권2호
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• pp.173-184
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• 2004

술폰화 폴리스티렌/테플론(Polystyrene/Teflon, 이하 'PS/PTFE'로 칭함) 복합막을 제조하여 직접 메탄을 연료전지용 막에 관한 특성을 조사하였다. 복합막은 다음과 같이 제조되었다. 먼저 다공성 테플론 필름에 styrene 단량체와 가교제인 diviny benzene (이하 'DVB'로 칭함)의 비율을 달리하면서, 개시제 2,2'-azobis(isobutylonitlie) (AIBN)와 함께 함침시킨 후 열을 가해 폴리스티렌/테플론 복합막을 제조하였다. 그 후 술폰화제인 chlorosulfonic acid와 1,2-dichloroethane혼합용액을 사용하여 술폰화된 복합막을 제조하였다. 제조된 복합막의 술폰화 전과 후의 물리화학적 구조는 ATR-FTIR, SEM, THF 및 물에 대한 함유율, 이들의 이온교환량을 통하여 확인하였다. 이러한 결과로부터 스티렌/디비닐벤젠의 비율에 따라 복합막이 성공적으로 제조되었음을 확인하였다. 또한 가교제인 디비닐벤젠의 함량이 높을수록, 가교도가 증가하여 물 및 THF에 대한 함유율이 감소하였다. 이온전도도, 메탄올투과도를 조사한 결과, 디비닐벤젠의 함량 증가와 함께 이온전도도는 감소하였으며, 메탄올 투과도가 감소하였다. 제조된 술폰화된 폴리스티렌/테플론 복합막은 Nafion$^{(R)}$ 과 비교할 만한 높은 이온 전도도(0.11∼0.08 S/cm, $25^{\circ}C$)를 보이면서 훨씬 낮은 메탄올 투과도($6.6{\times}10^{-7}∼1.3{\timas}10^{-7}$ $\textrm{cm}^2$/s)를 나타내었다. 이러한 결과들은 본 연구에서 개발된 복합막이 직접 메탄올 연료전지에 적용될 가능성이 높다는 것을 보여준다.