The use of a microporous membrane along with Au/C catalyst for direct glycerol alkaline fuel cell was investigated. In comparison with Nafion 112, the microporous Celgard 3401 membrane provides a better cell performance due to the lower ionic resistance as confirmed by impedance spectra. The single cell using Au/C as anode catalyst prepared by using PVA protection techniques provided a higher maximum power density than the single cell with commercial PtRu/C at $18.65mW\;cm^{-2}$ The short-term current decay studies show a better stability of Au/C single cell. The higher activity of Au/C over PtRu/C was owing to the lower activation loss of Awe. The magnitude of current decay indicates a low problem of glycerol crossover from anode to cathode side. The similar performance of single cell with and without humudification at cathode points out an adequate transport of water through the microporous membrane.
한국막학회 1999년도 The 7th Summer Workshop of the Membrane Society of Korea
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pp.115-115
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1999
In this work a new process was developed for the sulfonation of the chemicallly stable engineering polymer polyethersulfone as membrane materials for electrodialysis or a flow battery applications. Commercially available polyethersulfone polymer was partially sulfonated using a CSA sulfonating agent in a dichloromethane solvent, which sulfonated polyethersulfone with various sulfonation levels have been prepared. Sulfonated polyethersulfone (SPES) membranes with different ion capacities were prepared for the purpose of identifying cation exchange membrane properties, in an attempt to find a low cost replacement for Nafion, which most of the perfluorinated membranes, known to exhibit a prolonged service life, are expensive and difficult to process. The following features were determined: the degree of sulfonation, water uptake, thermal analysis, and electrochemical properties such as ion exchange capacities, resistivity, selectivity of ion permeation. The surface of the cation exchange membranes, decomposed with the H202-treatment, were observed by using scanning electron microscope. The area resistivities of SPES mebranes in 5N-NaOH decreased from $2,150{\;}{\Omega}-cm2$ to less than $15{\Omega}-cm2$ as the ion exchange capacity (IEC) increased from 0.62 to 1.73 millieequivlants per dry gram(meq/dg).eq/dg).
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is considered as a clean and efficient energy conversion det ice for mobile and stationary applications. Anions all the components of the PEMFC, the interface between the electrolyte ,and electrode catalyst plays an important role in determining tile cell performance since the electrochemical reactions take place at the interface in contact with tile reactant gases. Therefore, to increase the interface area and obtain a high-performance PEMFC, surface of the electrolyte membrane was roughened by Ar$^{+}$ beam bombardment. The results imply that by modifying surface of the electrolyte membrane, platinum loading can be reduced significantly without performance loss. To optimize the surface treatment condition, effects of ion dose density on characteristics of the membrane/electrode interface were examined by measuring the cell performance, impedance spectroscopy, and cyclic voltammograms. Surface of the modified membranes were characterized using scanning electron microscopy and FT-IR.R.
VRFB에 사용되는 막의 수송 능력은 배터리 성능에 필수적인 요소이다. 탁월한 배터리 성능을 위해서는 높은 양성자 전도도와 낮은 바나듐 이온 투과도가 달성되어야 한다. 하지만 양성자 전도도와 바나듐 이온 투과도 사이에는 상충관계가 존재한다. 따라서 이 상충관계를 해결하는 것이 VRFB의 발전에 필수적이다. 또한 높은 쿨롱 효율, 전압 효율 및 에너지효율을 유지하는 것이 고성능 VRFB를 위해 필수적이다. 최근 복합막과 SPEEK 막을 중심으로 나피온 막의 기존 한계를 극복하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. VRFB은 이 논문에서 검토하는 복합막에서 충전식 배터리의 필수 등급이다.
KIM, CHANG SOO;CHUN, YOUNG-GAB;PECK, DONG-HYUN;YANG, TAE-HYUN
한국수소및신에너지학회논문집
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제11권1호
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pp.19-27
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2000
The polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system was developed. In order to enhance the performance of membrane electrode assembly (MEA), the transfer printing method of the electrocatalyst layer on membrane was developed. The $H_2/O_2$ single cell with an electrode area of $50cm^2$ was fabricated and tested using 20 wt.% Pt/C as an electrocatalyst and the commercial and hand-made MEA such as Nafion 115, Hanwha, Dow, Flemion T and Gore Select. The 100-cell PEMFC stack with an active electrode area of $300cm^2$ was designed and fabricated using 40 wt.% Pt/C and 30 wt.% Pt-Ru/C as a cathode and anode electrocatalysts, respectively. The performance of PEMFC system was obtained to be 7kW (250A at 28V) and 3.5kW (70A at 50V) at $80^{\circ}C$ by flowing $H_2/air$ and methanol reformed fuel gas/air, respectively.
본 연구는 high impact polystyrene (HIPS)의 가교 및 술폰화시간을 달리하여 이온교환막을 제조하였다. 술폰화 HIPS(SHIPS) 이온교환막의 술폰화도는 술폰화시간이 증가함에 따라 증가하였고, 가교시간이 증가함에 따라 감소하였으며 이때 최대 술폰화도는 66%였다. 또한, SHIPS 이온교환막의 이온교환용량과 함수율은 가교율이 증가할수록 감소하였고 술폰화시간이 증가할수록 우수한 성능을 나타냈으며 가장 우수한 함수율과 이온교환용량은 35.2%와 1.55 meq/g이였다. SHIPS 이온교환막의 전기저항 및 이온전도도는 술폰화시간이 증가할수록 우수한 성능을 나타냈으며 가장 우수한 값은 각각 $0.4\Omega{\cdot}cm^{2}$와 0.1 S/cm으로 나타났으며 Nafion 117보다 성능이 우수하였다. SHIPS 이온교환막의 유기용매에서의 내구성은 가교시간이 증가할수록 증가하였으며 SEM 관찰 결과 술폰화시간이 진행됨에 따라 표면이 불균일하게 변화되는 것을 확인할 수 있었다.
연료전지에서 산소 환원 반응 (ORR)은 전체 반응에서 지배적인 역할을 한다. 또한 서로 다른 물질로 이루어진 막과 바인더 간의 낮은 호환성은 연료전지 효율을 크게 감소시킨다. 이러한 두 가지 문제점을 고려하여, 본 연구에서는 기존의 일반적인 Biphenol 대신 입체적 구조를 갖는 9,9_Bis(4-hydroxyphenyl) fluorine를 이용한 고분자를 합성하여 각각의 전극 바인더를 제조하였고, 이를 이용하여 각각의 나피온 막과 탄화수소 막 위에 스프레이 기법으로 MEA를 제조하여 전기화학적 성능 평가를 진행하였다. 그 결과 전류-전압 곡선에서의 0.6 V의 성능이 두 종류의 다른 막을 적용 했을 때 큰 차이를 보이지 않았으며, 탄화 수소 막의 타펠 기울기의 정도가 나피온 막에 비해 현저히 낮았다. 이를 통해 본 연구에서 적용된 아이오노머 바인더가 연료 전지성능 향상에 더 기여할 수 있을 것으로 판단 된다.
Objectives: Feasibility of electrochemical oxidation of the aqueous non-biodegradable wastewater such as cationic dye Rhodamine B (RhB) has been investigated in an electrochemical reactor with solid polymer electrolyte (SPE). Methods: Nafion 117 cationic exchange membrane as SPE has been used. Anode/Nafion/cathode sandwiches were constructed by sandwiching Nafion between two dimensionally stable anodes (JP202 electrode). Experiments were conducted to examine the effects of applied current (0.5~2.0 A), supporting electrolyte type (0.2 N NaCl, $Na_2SO_4$, and 1.0 g/L NaCl), initial RhB concentration (2.5~30.0 mg/L) on RhB and COD degradation and $UV_{254}$ absorbance. Results: Experimental results showed that an increase of applied current in electrolysis reaction with solid polymer electrolyte has resulted in the increase of RhB and $UV_{254}$ degradation. Performance for RhB degradation by electrolyte type was best with NaCl 0.2 N followed by SPE, and $Na_2SO_4$. However, the decrease of $UV_{254}$ absorbance of RhB was different from RhB degradation: SPE > NaCl 0.2 N > $Na_2SO_4$. RhB and $UV_{254}$ absorbance decreased linearly with time regardless of the initial concentration. The initial RhB and COD degradation in electrolysis reaction using SPE showed a pseudo-first order kinetics and rate constants were 0.0617 ($R^2=0.9843$) and 0.0216 ($R^2=0.9776$), respectively. Conclusions: Degradation of RhB in the electrochemical reactor with SPE can be achieved applying electrochemical oxidation. Supporting electrolyte has no positive effect on the final $UV_{254}$ absorbance and COD degradation. Mineralization of COD may take a relatively longer time than that of the RhB degradation.
This paper shows that inlet humidity condition at cathode side is one of dominant parameters affecting the performance of PEMFC. To investigate effects of inlet humidity condition, the performance measurements were conducted for a single PEMFC with two operating variables : cathode relative humidity and dry condition in anode dry. The fuel cell employed for the experiments is a unit PEMFC with a 25$Cm^2$, Nafion$^(R)$112 membrane. As a result of this study, the cell performance is getting higher by increasing inlet humidity condition at cathode side. The cell performance is different from each operating temperature an it has maximum30% higher than dry condition at 60$^{\circ}C$ operating temperature with 80% relative humidity.
The ion-exchange membrane, Nafion, remains as the benchmark for a majority of research and development in IPMC technology. In this research, we employed a novel ionomer named by sulfonated poly(styrene-ran-ethylene) (SPSE) that is crosslinked by UV irradiation. The sulfonic acid groups were stable during the UV irradiation crosslinking process. Water uptake, ion exchange capacity, and proton conductivity are characterized for both pure SPSE and crosslinked SPSE membrane. The bending responses of SPSE actuators under both direct current (DC) and alternating current (AC) excitations were investigated. The voltage-current behaviors of the actuators under AC excitations are also measured. Results showed the crosslinked SPSE actuators have better electromechanical performance than that of pure SPSE actuator with regard to tip displacement as a novel smart material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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