• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.217-222
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• 2022

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 고분자 막의 전기화학적 내구성을 가속적으로 평가하는 개회로 전위 유지(OCV holding) 과정에서 OCV 변화 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 내구성이 각기 다른 세 종류의 MEA(membrane electrode assembly)의 실험데이터를 이용한 실험식을 만들어 비교 및 검토하였다. 막 내부에 라디칼 제거제가 없는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 383 h, 막 내부에 라디칼 제거제가 있는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 각각 1,000, 1,650 h이었다. 고분자 막의 열화는 활성화에 의해 회복이 가능한 가역적 열화와 회복이 되지 않은 비가역적 열화로 구분했다. 고분자 막의 비가역적 열화는 수소투과도 증가로 나타나는데 수소투과도 변화가 세 MEA 모두 비가역적 열화 상수 c와 유사한 형태를 보였다. 회복이 되지 않은 비가역적 열화가 시작되는 것은 수소투과도 증가로 나타나고, 수소투과도 증가로 인해 OCV가 회복되지 않아서 OCV 회복선의 기울기가 감소하고 이를 실험식의 상수 c 값의 증가로 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.391-398
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• 2007

The covalently cross-linked sulfonated polyetheretherketone (CL-SPEEK) membrane was prepared by four-step synthesis of sulfonation-sulfochlorination, partial reduction, lithiation, and cross-linking, and its electrochemical and mechanical properties were investigated for water electrolysis application. The prepared ion exchange membranes showed good electrochemical and mechanical properties; proton conductivity of 0.116 S/cm at $80^{\circ}C$, water uptake of 44.6%, ion exchange capacity of 1.75 meq/g-dry-memb., tensile strength of 64.25 MPa and elongation of 61.11%. The membrane electrode assembly (MEA) with homemade membranes were prepared by non-equilibrium impregnation-reduction (I-R) method. Especially, the electrochemical surface area (ESA) and roughness factor of CL-SPEEK electrolyte by cyclic voltammetry method were 23.46 $m^2/g$ and 307.3 $cm^2-Pt/cm^2$, respectively. The prepared MEA was used in the unit cell of water electrolysis and the cell voltage was 1.81 V at 1 A/$cm^2$ and $80^{\circ}C$, with platinum loadings of 1.31 mg/$cm^2$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권4호
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• pp.478-482
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• 2017

고분자 전해질 연료전지의 구동과정 중 습도제어는 매우 중요한 제어 조건이다. 물 관리 측면에서는 저가습 조건이 유리하고, 배출수 활용 및 에너지 효율면에서는 고가습이 유리하다. 본 연구에서는 배출수 활용면에서 저가습과 고가습 구동 과정에서 배출수의 특성에 대해서 연구하였다. 배출수의 불순물은 막과 전극의 열화 과정에서 발생하는 것이므로 저가습과 고가습 조건에서 막전극합체(MEA)열화에 대해서도 연구하였다. 연료극 0% RH의 저가습 조건에서 라디칼 발생속도가 커 고분자 막 열화의 주요 원인임을 보였다. 양쪽 극 모두 고가습(RH 100%) 0.6 V에서 불소 이온 농도 약 20 ppb로 낮은 농도를 나타내서, 수전해 원료수로 사용하기에 충분하였다. 고가습 조건에서 배출한 응축수에서 0.2 ppb 이하의 매우 낮은 농도의 백금이 검출되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.673-681
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• 2023

Hydrocarbon-based polymer membranes to replace perfluorinated polymer membranes are being continuously researched. However, hydrocarbon-based membranes have a problem in that they are less durable than fluorine-based membranes. In this study, we sought to compare the annealing effect to improve the durability of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK). After membranes formation, thermogravimetric analysis and tensile strength were measured to compare changes in membranes properties due to annealing. After manufacturing the membrane and electrode assembly (MEA), the initial performance and chemical durability was compared with unit cell operation. During the 24-hour annealing process, the strength increased due to the increase in-S-O-S-crosslinking, and the sulfonic acid group decreased, leading to a decrease in I-V performance. By annealing, the hydrogen permeability was reduced to less than 1/10 of that of the nafion membrane, and as a result, open circuit voltage (OCV) and durability was improved. The SPEEK membranes annealed for 24 hours showed higher durability than the nafion 211 membranes of the same thickness.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.45-51
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• 2023

PEMFC(고분자전해질 연료전지) 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 라디칼 제거제와 지지체가 사용되고 있다. 본 연구에서는 화학적 내구성과 물리적 내구성을 향상시키기 위해서 해조류에서 추출한 후코이단과 가교제 역할을 하는 탄닌산을 첨가한 고분자막의 내구성을 평가하였다. 물리적 내구성은 인장강도를 측정해 확인했고, 화학적 내구성은 Fenton 실험으로 측정하였다. 막과 전극합체(MEA)를 제조하여 셀에서 가속 내구 평가를 통해 기계적 내구성과 화학적 내구성을 평가하였다. 인장강도 측정으로 후코이단과 탄닌산의 변형율과 항복강도 등을 향상시켜 고분자막의 기계적 내구성을 향상시킬 수 있음을 보였다. 후코이단이 라디칼 제거제 역할을 함을 Fenton 실험에서 확인했다. 단위전지에서 가속 내구 실험 결과 후코이단은 화학적 내구와 기계적 내구를 모두 향상시켜 무첨가막보다 가속 내구 평가 시간을 38.1% 증가시켰고, 탄닌산을 추가하면 기계적 내구성 향상에 의해 고분자막의 내구성이 13.9% 향상되었다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.193-195
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• 2007

These days, to change the new & renewable energy change the subject because environmental pollution and exhausted fossil power. The most notable Fuel cells by one of the new & renewable energies are one of very useful power conversion sources. Their advantages are low environmental pollution, highly efficient power generation, diversity of fuels (natural gas, LPG, methanol and naphtha), and reusability of exhaust heat, modularity, and faster installation. PEMFC by one of the Fuel Cells is the energy of new technology which is produced by the electric chemical reaction directly. The essential composition elements of PEMFC stack are membrane electrode assembly (MEA), catalyst, Bipolar Plate. Under the this study, know-how is manufacturing single cell of PEMFC and Study design of Low Voltage, Low Electric Power System by PEMFC Single Cell.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.413-416
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• 2006

PtRu catalyst is most widely used as anode catalyst for a direct methanol fuel cell(DMFC). To promote the efficiency of the catalysts, it Is important to increase the triple phase boundary. In this study, we have tried to increase the triple phase boundaries in preparing electrocatalysts of the fuel cells, based on the process of grafting a proton-conducting agent onto the catalyst This grafted proton-conducting agent can act as an ionomer like Nafion, currently widely used ionomer. First, we have prepared the 80wt% PtRu/Ketjen Black electrocatalyst by an improved colloidal method. And, we have grafted methylsulfonate groups $(-CH_2SO_3H)$ into the catalyst as proton-conducting agents. As results of cyclic voltammety and single cell test of the membrane electrode assembly (MEA), we can conclude that the activity of the grafted electrocatalysts is superior to that of conventional ones, in performance of DMFCs. For our further study, we will investigate the optimum ratio of catalyst/grafted proton conduct Ing agent with maximum performance of a DMFC.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.161-164
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• 2007

연료전지의 상용화 시점에 이르러 내구성에 대한 기술 확보가 점점 더 부각되고 있다. 현재 연료전지의 내구성을 감소시키는 1차적인 요인은 핵심부품인 촉매, 전해질막, MEA(Membrane & Electrode Assembly) 등에 의한 것이며 2차적인 요인은 운전 시스템 및 환경 등에 의해 결정되어진다. 특히, 연료전지자동차는 이동용, 가정용, 발전용에 비하여 부하변동이 극심한 조건에서 운전되기 때문에 연료전지 시스템의 내구성 확보에 많은 제어기술이 요구된다. 본 연구에서는 연료전지자동차 운전조건(Driving mode)을 부하변동 기준에 의한 고전류, 중전류, 저전류의 3가지 모드로 분류하였다. 각각의 운전조건에서 일정 cycle마다 성능곡선을 측정하여 10만 cycle 이상의 반복운전을 수행하였으며 측정된 성능곡선을 empirical equation에 적용하여 시간에 따른 overvoltage 인자에 대한 분석을 하였다. 운전시간이 증가함에 따라 고전류 모드의 경우 activation overvoltage 인자 중 current density loss가 증가하여 OCV가 급격히 감소하였으나 내구성은 저전류 모드에 비하여 높게 나타났다. 저전류 모드의 경우 고전류 모드와 상반된 결과를 보였으며 성능감소요인은 activation 및 ohmic overvoltage의 점차적인 증가에 의한 것으로 분석되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.146.2-146.2
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• 2010

PEMFC를 구성하는 여러 부품 중 핵심부품은 MEA(Membrane Electrode Assembly)으로서 실제 연료전지 반응이 일어나며 연료전지의 성능을 결정하는 부품이다. 그러나 PEMFC의 특성 상 촉매로 귀금속인 Pt가 사용됨에 따라 경제성이 확보된 MEA의 성능을 얻기 위해선 현재 Pt 담지량을 0.3mg/$cm^2$ 이하로 크게 감소시키면서 Pt촉매의 고분산화와 미반응 사이트의 감소가 필요하다. 본 연구에서는 Pt 촉매의 미반응 사이트를 줄이고자 전기영동법에 의해 카본전극(carbon black + GDL) 상에 Pt 나노입자를 직접 석출시켜 Pt/C 촉매 전극을 제조 하였다. 본 실험에서는 가장 좋은 Pt 나노입자의 석출거동을 나타낸 30mA/$cm^2$, pH 2, duty cycle 25% 조건을 기준으로 하여 electro-deposition time을 통한 석출량 제어와 carbon paper의 wet proofing 정도에 따른 Pt의 석출거동을 조사하였으며, 종래의 방법으로 제조한 Pt/C 촉매전극의 전기화학적 특성과 비교 분석하였다. 전기영동 석출법에 사용된 Pt나노입자는 $H_2PtCl_6{\cdot}6H_2O$로부터 화학적 환원법으로 합성한 2~3nm 입경을 갖는 Pt콜로이드를 사용하였으며, magnetic stirring과 항온 ($20^{\circ}C$)을 유지하여 실험하였다. 전기영동 석출량 제어는 electro-deposition time을 5~25분까지 5분 간격으로 나누어 실험하였고 카본전극을 구성하는 carbon paper의 wet proofing 정도가 Pt 나노입자 석출거동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 20, 40, 60%의 서로 다른 wet proofing 값을 갖는 carbon paper를 사용하여 Pt/C 촉매 전극을 제조하였다. 전기영동법으로 석출된 카본블랙 전극 상 Pt나노입자의 분산도와 담지량는 각각 FE-SEM과 TGA 장비를 사용하여 측정하였고, 제조된 Pt/C 촉매 전극의 전기화학적 촉매 특성은 cyclic voltammetry(CV)법으로 측정하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제12권4호
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• pp.406-414
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• 2021

Electrochemical devices are constructed for continuous syngas (CO + H₂) production with controlled selectivity between CO₂ and proton reduction reactions. The ratio of CO to H₂, or the faradaic efficiency toward CO generation, was mechanically manipulated by adjusting the space volume between the cathode and the polymer gas separator in the device. In particular, the area added between the cathode and the ion-conducting polymer using 0.5 M KHCO₃ catholyte regulated the solution acidity and proton reduction kinetics in the flow cell. The faradaic efficiency of CO production was controlled as a function of the distance between the polymer separator and cathode in addition to that manipulated by the electrode potential. Further, the electrochemical CO₂ reduction device using Au NPs presented a stable operation for more than 23 h at different H₂:CO production levels, demonstrating the functional stability of the flow cell utilizing the mechanical variable as an important operational factor.