• 한국결정성장학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.160-166
• /
• 2019

산화세륨($CeO_2$)는 고체산화물연료전지, 자동차 삼원 촉매, 산소 캐패시터 소재 등의 고온환경에서 구동되는 촉매 응용분야에 널리 활용되고 있으며 중요한 희토류 산화물 중에 하나이다. 고온 환경에서 $CeO_2$의 우수한 촉매 활성을 유지하기 위하여 초기 합성단계에서 높은 비표면적을 갖는 미세구조제어 연구와 나노 미세구조가 고온 열 사이클과 산화-환원 사이클 변화에서 안정하도록 하는 연구가 필요하여 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 탄산염 침전법의 전구체 결정화 단계에서의 이방성을 정밀 제어하여 고 비표면적의 flower-like $CeO_2$를 성공적으로 합성할 수 있었다. 또한, 서로 다른 탄산염이온 침전제의 침전 반응 경로 제어를 통한 침전 수화물 전구체의 이방적 결정 특성으로부터 최종 고 비표면적 $CeO_2$ 산화물의 미세구조 제어와 고온 안정 제어를 확인하고 특성을 평가하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제59권4호
• /
• pp.508-513
• /
• 2021

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 내구성을 향상시키기 위해서는 필수적으로 고분자막의 내구성이 향상되어야한다. 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 e-PTFE 지지체와 라디칼 제거제(Radical Scavenger)가 첨가된다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 들어간 강화막(Reinforced Membrane)과 비강화막(Non-reinforced Membrane)의 화학적 내구성을 Fenton 반응에 의해 비교하고자 하였다. 라디칼 제거제가 첨가되지 않은 고분자막의 Fenton 실험에서는 작게 절단한 시편의 단면을 통한 과산화수소 용액과 철이온의 흡수율이 강화막에서 더 높아 불소유출농도가 더 높게 나타났다. 라디칼 제거제의 종류와 첨가량에 따라 강화막의 불소유출농도가 3배 이상의 큰 차이가 발생해서 라디칼 제거제의 영향이 지지체의 영향보다 강한 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제59권3호
• /
• pp.333-338
• /
• 2021

대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H₂ (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다.

• 멤브레인
• /
• 제30권6호
• /
• pp.433-442
• /
• 2020

본 연구에서는 수전해용 ionomer의 분자동역학 전산모사 모델 제작을 위하여, 과량의 물 분자가 존재하는 수전해 시스템의 특성을 반영한 ionomer 모델을 제작한 후, 기존 연료전지용 전해질막 전산모사 조건에 맞춰 제작한 ionomer 모델과 비교하였다. 최종적으로 얻어진 모델은 과불소계 ionomer의 중요 특징 중 하나인 명확한 상분리 및 수화채널이 관찰되었으며, 과량의 물 및 높은 운전 온도 조건에서도 물에 녹지 않고 안정된 구조를 나타내었다. 제조된 ionomer 모델에서는 과량의 물분자로 인한 이온 희석 효과로 이온 전달 성능 감소가 나타났으며, 반대로 수소 기체의 투과는 더 증가할 것으로 분석되었다. 따라서 이러한 수전해 시스템의 특성을 반영한 수전해용 ionomer 분자 구조 설계 전략이 필요하고, 분자동역학 전산모사 연구 시에도 이를 감안한 수전해용 ionomer 모델 제작이 필요하다.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제47권3호
• /
• pp.175-181
• /
• 2009

Mechanical properties and precipitation behavior of backward extruded 6061 Al alloy for pressure vessel were investigated using tensile test, transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimeter (DSC). In this study, solution heat treatment (SHT) was performed at $535^{\circ}C$ for 30~90 min and aging treatment was conducted at 177 and $190^{\circ}C$ for 1~7 h. Maximum tensile strength of $36.6kgf/mm^2$ and yield strength of $33.29kgf/mm^2$ were achieved at the aging time of 5 h at $190^{\circ}C$. TEM observation showed that fine needle-like ${\beta}^{{\prime}{\prime}}$ phase which has 35~45 nm of length was uniformly distributed in the aged 6061 Al alloy specimen. From tensile test, TEM and DSC analysis, it is expected that aging time of 2~5 h at $190^{\circ}C$ is suitable for the extruded A6061 used as pressure vessels.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제47권8호
• /
• pp.508-515
• /
• 2009

Ti-6Al-4V biomaterial is widely used as a bone alternative. However, Ti-6Al-4V ELI alloy suffers from numerous problems such as a high elastic modulus and high toxicity. Therefore, non-toxic biomaterials with low elastic moduli need to be developed. Ti-HA(hydroxyapatite) composites were fabricated in the present work by pulsed current activated sintering (PCAS) at $1000^{\circ}C$ under 60 MPa using mixed Ti and HA powders. The effects of HA content on the physical and mechanical properties of the sintered Ti-HA composites have been investigated. X-ray diffraction(XRD) analysis of the Ti-HA composites, including Ti-40 wt%HA in particular, revealed new phases, $Ti_{2}O$, CaO, $CaTiO_3$, and TixPy, formed by chemical reactions between Ti and HA during sintering. The hardness of the Ti-HA composites decreased with an increase in HA content. The corrosion resistance of these composites was observed to be an excellent candidate as a commercial Ti-6Al-4 V ELI alloy. A Ti-5 wt%HA composite fabricated by PCAS is recommended as a new biomaterial, because it offers good corrosion resistance, compressive strength, wear resistance, and biocompatibility, and a low Young's modulus.

• 대한금속재료학회지
• /
• 제50권9호
• /
• pp.685-690
• /
• 2012

Decalcomania is a new method for SOFCs (solid oxide fuel cells) unit cell fabrication. A tight and dense $5{\mu}m$ Yttria-stabilized zirconia (8YSZ) electrolyte layer on anode substrate was fabricated by the decalcomania method. After 8YSZ as the electrolyte starting material was calcined at $1200^{\circ}C$, the particle size was controlled by the attrition mill. The median particle size (D50) of each 8YSZ was $39.6{\mu}m$, $9.30{\mu}m$, $6.35{\mu}m$, and $3.16{\mu}m$, respectively. The anode substrate was coated with decalcomania papers which were made by using 8YSZ with different median particle sizes. In order to investigate the effect of median particle sizes and sintering conditions on the electrolyte density, each sample was sintered for 2, 5 and 10 h, respectively. 8YSZ with a median particle size of $3.16{\mu}m$ which was sintered at $1400^{\circ}C$ for 10 had the highest density. With this 8YSZ, a SOFCs unit cell was manufactured with a $5{\mu}m$ layer by the decalcomania method. Then the unit cell was run at $800^{\circ}C$. The Open Circuit Voltage (OCV) and Maximum power density (MPD) was 1.12 V and $650mW/cm^2$, respectively.

• 자원리싸이클링
• /
• 제30권3호
• /
• pp.18-29
• /
• 2021

백금족 금속(Platinum Group Metals, PGMs)은 화학적 저항성은 물론 전기·열전도성이 뛰어나 촉매, 전자기기, 전극, 전기기기, 연료전지, 고온 소재 등 광범위한 응용 분야에 사용된다. 일반적으로 백금족 금속은 구리와 니켈의 황화광과 관련되어 있으므로 백금족 금속의 상대적인 농도에 따라 주산물로 생산되거나 니켈과 구리의 부산물로 생산된다. 특히 이러한 자원들은 남아프리카와 러시아 같은 나라들에 편재되어 있으며, 백금족 금속의 연간 공급량은 500톤 미만이다. 이와 같은 백금족 금속의 한정된 공급량을 고려하면 향후에 백금족 금속의 공급 리스크가 증가할 것이다. 따라서 폐촉매와 같은 2차 자원으로부터 백금족 금속을 회수하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 백금족 금속의 제련 기술과 리사이클링 기술에 대하여 고찰하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제59권1호
• /
• pp.49-53
• /
• 2021

고분자 연료전지(PEMFC) 고분자막의 화학적 내구성을 평가하는데 Fenton 반응이 자주 사용된다. 그러나 과산화수소와 철 이온의 격렬한 반응 때문에 재현성이 낮아 실험 데이터를 비교하기가 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 Fenton 반응에 의한 고분자막 내구성 실험의 재현성을 향상시키기 위한 반응조건을 찾고자 하였다. 과산화수소 농도는 30%로 고정시키고 철이온 농도와 온도, 교반속도, 시료크기를 변화시키며 라디칼에 열화된 Nafion 고분자막의 불소이온 농도를 측정했다. 철이온 농도를 높게하거나 고분자막 시료 크기를 크게하고, Fenton 반응 온도를 80 ℃로 높게하면 실험편차가 커져서 철이온 농도 10 ppm, 온도 70 ℃와 시료크기 0.5 ㎠가 적합하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제60권1호
• /
• pp.151-158
• /
• 2022

고가의 귀금속 촉매는 고분자 전해질 연료전지의 상업화에 걸림돌로 인식되어 저가의 비귀금속 촉매 연구가 활발하다. 본 연구에서는 Fe-N-C 촉매를 킬레이팅이 가능한 4가지 다른 질소 전구체 N,N,N',N'-detramethylethylenediamine(TMEDA), 1,2-ethylenediamine (EDA), m-dicyanobenzene (DCB), dicyandiamide (DCDA)를 이용하여 700, 800, 900, 1000 ℃에서 합성하였다. 촉매의 물리적 특성은 주사전자현미경, X선 회절분석기, 자동원소분석기를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 촉매 표면 형태 및 원소의 분산도와 에너지 분산형 X-선 분광을 적용하여 Fe의 함량을 확인하였다. 또한 비금속 원소의 함량과 Fe의 담지 여부 등을 확인하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압전류법과 선형주사전위법을 통해 촉매의 전기화학적 산소 환원에 대한 활성과 전자전달수 등을 분석하였다. 결과에 따르면 질소 전구체로 EDA를 사용하여 800 ℃의 소성온도에서 합성한 촉매가 가장 높은 산소 환원 활성을 보였다. 이 연구 결과는 고가의 귀금속을 대체하기 위한 노력에 도움이 될 것으로 예상된다.