• 폴리머
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• 제33권4호
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• pp.377-383
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• 2009

전기활성 고분자 중의 하나인 이온성 폴리머-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC) 작동기는 전압 인가 시 고분자전해질 내부에 존재하는 양이온과 물이 음극 방향으로 이동하면서 변위를 발생시킨다. 이러한 IPMC의 전해질은 높은 보습력, 프로톤 전도도 및 기계적 강도를 지녀야 하며, 이를 위해 본 연구에서는 IPMC의 고분자전해질인 나피온 층에 $\alpha$-, $\gamma$-알루미나를 $4{\sim}8$ wt%의 함량으로 도입하여 나피온-알루미나 복합막을 제조하고 그 특성을 확인하였다. 알루미나의 함량이 증가함에 따라, 나피온 복합막의 프로톤 전도도는 조금씩 감소하는 경향을 보였으며, $\alpha$-알루미나에 비해 $\gamma$-알루미나를 첨가하였을 때 전도도 감소가 더욱 컸다. 나피온-알루미나 복합막의 기계적 모듈러스는 37.16 MPa인 순수 나피온 막에 비해 모든 함량에서 $7{\sim}13\;MPa$ 높았다. 또한 준비된 나피온-알루미나 복합막을 이용하여 IPMC를 제작하였고 직류 3 V의 인가전압 하에서 작동성능을 평가하였다. 나피온-알루미나-IPMC, 특히 8 wt%의 $\alpha$-알루미나가 첨가된 IPMC는 기존 나피온-IPMC에 비해 작동변위는 2.7배 향상되었고 작동력 또한 크게 향상되었다. $\alpha$-알루미나의 첨가에 따른 작동성능의 향상은 $\gamma$-알루미나가 첨가된 복합막에 비해 상대적으로 높은 $\alpha$-알루미나 복합막의 양성자 전도도 그리고 잘 분산된 알루미나 입자 표면에 존재하는 다량의 수분에 의한 이온/물 이동의 용이성, 또한 순수 나피온 막에 비해 전해질 막과 백금전극 사이의 낮은 전기적 저항 때문인 것으로 결론지었다.

• Korean Membrane Journal
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• 제6권1호
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• pp.1-9
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• 2004

The impedance and the subsequent proton conductivity of Nafion$\^$/ membranes as standard samples were measured and compared via the two-probe method and the four-probe method using the prepared impedance measurement system. The different impedance behavior for the same membrane was observed at the fully hydrated state in the Nyquist impedance plot. The effect of the humidity and the temperature on the proton conduction through a membrane was investigated and compared with two different cell configurations.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2004년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.53-56
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• 2004

Morphology of membrane affects its performance [1]. For a constant amount of fixed charges, the distribution of these charges is also significant to its performance (2). In some ionomer membranes such as Nafion, the membrane fixed charge is not randomly distributed, but occurs in clusters. Thus, the membrane solution is phase-separated, with the ion clusters, acting as inverted micelles in a polymer solvent.(omitted)

• 멤브레인
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• 제14권1호
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• pp.53-56
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• 2004

Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) is considered as a candidate technology for applications in stationary, transportation as well as electronic power generation purposes. To develop a high performance direct methanol fuel cell(DMFC), a competent electrolyte membrane is needed. The electrolyte membrane should be durable and methanol crossover must be low. One of the approaches to increase the stability of generally used polymer electrolyte membranes such as Nafion against swelling or thermal degradation is to bond it with an inorganic material physically or chemically. In Noritake Company, we have developed a novel method of reinforcing the polymer electrolyte matrix with inorganic fibers. Methanol crossover values measured were significantly lower than the original polymer electrolyte membranes. These fiber reinforced electrolyte membranes (FREM) were used for DMFC study and stable power output values as high 160 mW/$\textrm{cm}^2$ were measured. The details of the characteristics of the membranes as well as I-V data of fuel cell stacks are detailed in the paper.

• 멤브레인
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• 제15권1호
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• pp.1-7
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• 2005

Sulfunated poly(ether ether ketone) (SPEEK) (60%)와 Poly(ether sulfone) (PES) (40%)의 블렌드에 다양한 종류의 polysilsesquioxane (PSQ)구를 첨가하여 전해질 막을 제조하였다. 이 때 PSQ구의 양은 10 wt%로 고정하였다. 제조된 막을 사용하여 PSQ 구의 종류에 따른 메탄올 투과도, 수소 이온 전도도, 그리고 이온 교환 용량의 변화를 측정한 결과 모든 경우에 있어서 수소 이온 전도도와 메탄올 투과도가 Nafion 117보다 낮았으며 PSQ 구를 함유하지 않은 SPEEK/PES(6:4) 블렌드보다는 높았다. 특히, MS64구와 VTMOS구를 포함한 전해질 막의 경우에는 수소 이온 전도도와 메탄올 투과도의 비로 나타내는 선택도가 25℃에서 Nafion 117보다 2배 이상 높았다.

• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.427-441
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• 2022

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 수소이온을 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 이동시키는 전해질의 역할 및 연료의 투과를 막는 분리막으로서의 역할을 수행하며 PEMFC의 성능 및 효율을 결정짓는 핵심 소재이다. 현재 나피온 (Nafion^®)으로 대표되는 과불소화계 전해질 막이 높은 수소이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 상용화 되었지만, 높은 생산비용과 구동 시 환경오염 물질이 배출된다는 문제점을 갖고 있다. 이를 대체할 PEM 소재로써 고분자의 구조 조절 및 개질 과정이 용이한 다양한 종류의 탄화수소계 고분자가 제시되고 있지만, 실제 PEMFC에 적용되기 위해서는 성능 및 내구 특성을 개선해야 하는 과제가 남아있다. 이에 본 총설은 탄화수소계 PEM의 성능 및 내구 특성을 향상시키기 위해 1) 가교 구조를 도입한 가교 막 개발, 2) 무기 첨가제 도입을 통한 유⋅무기 복합 막 개발 및 3) 다공성 지지체를 활용한 강화 복합막을 개발하는 연구에 대해 살펴보고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.35-38
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• 2007

The comparisons between measured performance of lab-scale PEMFC and calculation were conducted to understand the detail phenomena of PEMFC for the various inlet oxygen humidity of cathode side. Experiments were performed at $65^{\circ}C$ operation temperature and different inlet humidity conditions such as 40%, 60% and 80%. We used the MEA manufactured by oneself which include $Nafion^{(R)}$ 112 membrane, Nafion solution 20%, and carbon paper(E-TEK). As a result of this experiment, cell performance was getting higher by increasing inlet humidity condition at cathode side because ion conductivity of electrolyte membrane is increased. A 3D CFD simulation model of PEMFC was developed using commercially available CFD code that is one of the STAR-CD module, es-pemfc under same operating conditions. Model calculations results were compared with experimental ones on the polarization curves and calculation results are in good agreement with the experimental ones. Local water distribution and current density inside PEMFC are discussed in detail.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.365-371
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• 2016

Cell performance of the Zn-Br redox flow battery (ZBRFB) using two different type's membrane (Nafion117 and SF-600) was evaluated at $20mA/cm^2$ of current density in 1M (mol/L) $ZnBr_2$ + 2M KCl + 0.3M EMPBr(1-ethyl-1-methyl pyrrolidinium bromide) electrolyte. The average energy efficiencies of ZBRFB were 74.9% and 74.7% for Nafion117 and SF-600, respectively. The electrolyte added the 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMICA) as an additive was tested for the electrolyte in ZBRFB using SF-600 at $30mA/cm^2$ of current density. An average energy efficiency of the ZBRFB was 74.5% and 77.4% for the electrolyte non-added EMICA and added 1wt% of EMICA, respectively. ZBRFB using the electrolyte added EMICA was showed the higher performance than that using the electrolyte non-added EMICA.

• 신재생에너지
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• 제2권4호
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• pp.46-55
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• 2006

본 연구는 불소그룹을 함유한 술폰화된 아릴렌에테르계 블록 공중합체 고분자 전해질막의 제조 및 연료전지 특성에 관한 것이다. 이러한 불소그룹을 함유한 술폰화된 아랄렌에테르계 블록 공중합체를 제조하기 위하여 양말단에 불소계 비닐기를 가지면서, 고분자 전환시 상온에서 술폰화 가능한 biphenyl계 단량체와 술폰화가 불가능한 sulfonyl계 단량체를 각각 합성하였다. Biphenyl계 단량체로 부터 올리고머를 합성한 후 sulfonyl계 단량체와 열적 고리화 부가중합을 하여 다양한 몰조성을 갖는 일련의 perfluorocyclobutane(PFCB)기를 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 제조된 블록 공중합체를 상온에서 술폰화제인 chlorosulfonic acid(CSA)를 이용하여 후술폰화시켜 강산 이온기인 sulfonic acid를 biphenyl계 올리고머 부분에 선택적으로 도입하였다. 이렇게 제조된 술폰화된 고분자를 제막한 후 연료전지 특성을 Nafion-115와 비교하였다. 술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율 증가에 따라 이온교환능력 (IEC)이 증가하였고 , 그에 따른 팽윤도 역시 증가하는 것을 보였다. 술폰화된 고분자들은 건조 및 습윤 상태에서도 기계적 강도가 우수하였다. 최적화된 술폰화 블록 고분자(S-2) 를 대상으로 membrane electrolyte assembly(MEA) 를 제조하여 연료전지 초기성능을 측정한 결과 Nafion-112와 유사한 전기화학적 성능을 나타내었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1997년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1252-1254
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• 1997

Direct methanol fuel cell based on a proton-exchange membrane electrolyte was investigated. 60% Pt-Ru/C and 60%Pt/C catalysts were employed for methanol oxidation and oxygen reduction, respectively. Morphologies of the catalysts were investigated by x-ray power diffraction, energy dispersive x-ray spectroscopy, and transmission microscopy. Electrochemical characteristics of the catalysts were tested by using cyclic voltametry technique. I-V characteristics of the fuel cell were tested by changing methanol concentration, temperature, and Nafion type as a proton-exchange membrane electrolyte. AC impedance technique was used to investigate the electrochemical performance of the fuel cell. The performance of single cell was enhance with increasing cell temperature. High operation temperature attributed to the combined effects of the reduction of ohmic resistance and polarization. High cell voltage was obtained from the concentration of 205M methanol. With Nafion 112, a current density of $230mA/cm^2$ at 0.55V was obtained from the concentration of 2.5M methanol.