• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.416-426
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• 2023

본 연구에서는 산화 방지 특성이 있는 가리워진 아민기를 함유한 산화 그래핀(hindered amine grafted graphene oxide, HA-GO)을 합성하여 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조한 후 고분자 전해질 막 연료전지 시스템에 응용하였다. HA-GO는 4-아미노-2, 2, 6, 6-테트라메틸-4-피페리딘(4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethyl piperidine)에 존재하는 아민기와 GO 표면에 존재하는 에폭시기의 개환 반응을 통해 제조하였으며, 합성된 HA-GO의 함량을 달리한 복합 막을 제조하여 순수 Nafion 막과 성능 특성을 비교하였다. HA-GO가 첨가된 복합 막은 Nafion 단일 막에 비해 기계적 물성, 화학적 안정성 및 수소이온 전도 특성이 향상되었다. 특히 HA-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HA-GO가 첨가된 복합 막은 펜톤 평가(Fenton's test) 이후 수소이온 전도도의 유지 특성이 Nafion 단일 막에 비해 큰 폭으로 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제27권1호
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• pp.53-59
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• 2017

본 연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질막의 성능향상을 위하여 sulfonated graphene oxide(sGO)와 Nafion을 이용하여 복합막을 개발하였다. sGO/Nafion 복합막 안의 sGO의 균일한 분산을 위해 각기 다른 용매를 사용한 sGO 분산액과 Nafion 현탁액을 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가하기 위해 SEM, FT-IR, 이온 전도도, 이온 교환 용량, 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 연구 결과 ODB와 DMAc 혼합 용매로 sGO를 분산하여 고분자 용액 내에서의 분산도를 향상시켰으며, 이 결과 11 wt%의 낮은 함수율에도 불구하고, $0.06Scm^{-1}$의 기존 연구와 유사한 이온 전도도를 나타내었다.

• 새물리
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• 제68권11호
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• pp.1173-1182
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• 2018

메조포러스 실리카는 강한 친수성과 구조적인 특성으로 인하여 저습환경에서도 이온교환막에 적절한 수화가 일어나도록 할 것이다. 그러므로 메조포러스 실리카와 나피온을 합성한 이온교환막은 낮은 상대습도에서도 우수한 양성자 전도도를 보일 것이다. 메조포러스 실리카와 나피온 합성이온교환막의 이온채널형성 그리고 네트워크를 통한 양성자 이동에 대한 이해는 합성이온교환막을 개발하고 최적화하기 위해 필수적이라 할 수 있다. 이 연구에서는 메조포러스 구조 (mesoporous cellular foam) $SiO_2/Nafion$ 합성이온교환막을 제작하고 양성자 전도도 및 성능을 평가하였다. 또한, 정전기력 현미경(electrostatic force microscopy, EFM)을 사용하여 메조포러스 구조 $SiO_2/Nafion$ 합성 이온교환막의 표면 전하 밀도 측정을 통한 이온 채널의 분포 및 밀도를 분석하였다. 연구는 몇 가지 주목할 만한 결과를 보여주었다. 첫째, 합성이온교환막은 저습환경에서 우수한 양성자 전도도 및 성능을 나타내었다. 둘째, 합성이온교환막은 국부적으로 이온채널의 밀도가 주목할 만하게 높은 지역이 형성되며 동시에 양성자 전도도가 극단적으로 낮은 지역 또한 동시에 형성됨을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.433-437
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• 2006

Pt/Nafion self-humidifying membranes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell(PEMFC) were synthesized via supercritical-impregnation methods. The Nafion 112 membranes were impregnated with Pt(II)$(acetylacetonate)_2$ from a supercritical carbon dioxide $(scCO_2)$ solution at $80^{\circ}C$ and 30MPa. After the impregnation, the pressure decreased slowly by releasing $CO_2$. And the Pt-impregnated Nafion membrane was converted Pt deposited Nafion membrane by reducing agent, sodium borohydride $(NaBH_4)$ with various concentrations under $50^{\circ}C$ and 2 hours. The prepared Pt-impregnated Nafion (Pt/Nafion) composite membrane were investigated by Electron Prove Micro analysis (EPMA) and X-rat Diffraction analysis (XRD) which showed distribution of Pt particle and Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) a which revealed morphology of surface of Pt/Nafion composite membrane. The performance of the Pt/Nafion 112 membranes was examined in PEMFC as aself-humidifyin membranes using purpose-built equipment.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.88.2-88.2
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• 2011

Proton exchange memb rane fuel cell has been considered one of the next generation power source for electric vehicles due to high power density and low emissions. $TiO_2$/Nafion composite was prepared by the in-situ sol-gel method. The electrochemical characteristics of the $TiO_2$-Nafion composite membrane were evaluated by current-voltage and impedance of the membrane eletrode assembly in a single Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC).

• 전기화학회지
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• 제11권1호
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• pp.11-15
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• 2008

The composite membrane for direct methanol fuel cell (DMFC) was developed using $H_3O^+-{\beta}"-Al_2O_3$ powder and perfluorosulfonylfluroride copolymer (Nafion) resin. The perfluorosulfonylfluroride copolymer (Nafion) resin was mixed with $H_3O^+-{\beta}"-Al_2O_3$ powder and it was made to sheet form by hot pressing. The electrodes were prepared with 60 wt% PtRu/C and 60wt% Pt/C catalysts for anode and cathode, respectively. The morphology and the chemical composition of the composite membrane have been investigated by using SEM and EDXA, respectively. The composite membrane and $H_3O^+-{\beta}"-Al_2O_3$ were analyzed by using FT-IR and XRD. The methanol permeability of the composite membranes was also measured by gas chromatography (GC). The performance of the MEA containing the composite membrane (2wt% $H_3O^+-{\beta}"-Al_2O_3$) was higher than that of normal pure Nafion membrane at high operating temperature (e.g. $110^{\circ}C$), due to the homogenous distribution of $H_3O^+-{\beta}"-Al_2O_3$, which decreased the methanol permeability through the membrane and enhanced the water contents in the composite membrane.

• 멤브레인
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• 제26권2호
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• pp.135-140
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• 2016

본 연구에서는 고분자전해질 연료전지의 전해질막의 성능향상을 위하여 철산화물(Ferroxane)과 나피온을 이용하여 유무기 복합막을 개발하였다. 아세트산을 이용하여 안정화시킨 lepidocrocite을 이용한 ferroxane 나노입자를 합성하였고, 이를 나피온과 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 성능 및 열안정성을 평가하기 위해 이온전도도, 이온교환용량(IEC), 함수율 및 TGA 측정을 수행하였다. 그 결과 ferroxane 나노입자를 함유한 나피온 복합막의 수소이온전도도가 리캐스팅한 나피온막보다 높은 이온전도도 및 이온교환용량을 보였으며, 높은 열적 안정성 결과를 얻었다. 최고 성능의 복합막의 수소이온전도도는 $0.09S\;cm^{-1}$이며, 이온교환용량은 $0.906meq\;g^{-1}$을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.201-204
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• 2007

A novel self-humidifying composite membrane for the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) at low humidity condition was developed. The $Pt/TiO_2 catalyst particles were synthesized via supercritical impregnation methods. Pt precursor was dissolved in supercritical carbon dioxide and impregnated onto $TiO_2$ particles. Pt precursors were platinum(II) acetylacetonate, Dimethyl(1,5-cyclooctadiene) platinum(II) and we controlled the ratio of Pt to $TiO_2$ The impregnated Pt precursor was converted to $TiO_2$ supported Pt nanoparticle under various reducing conditions. $TiO_2$ catalyst particles were dispersed uniformly into the Nafion solution, and then $Pt/TiO_2/Nafion$composite membrane was prepared using solution-cast method. The size, dispersion and content of the platinum had been characterized with Transmission Electron Micrograph (TEM), X-ray diffract ion (XRD) and Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES). The cell performance with the self-humidifying composite membrane was compared with a recast Nafion membrane under both humidified and dry conditions at 65 $^{\circ}C$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.421-424
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• 2006

Nafion/Pt/Polypyrrole composite membranes were fabricated by chemical in-situ polymerization of pyrrole monomers with Pt precursors in Nafion matrix for DMFC. We demonstrated that positively charged pyrrolinum groups of polypyrrole particles were co-interacted with sulfonic groups of Nafion as verified by FT-IR results. Mutual interaction between $Nafion-SO_3^-$ (or negatively charged Pt precursors) and Polypyrrole$-NH_2^+$ influenced the physical properties of pristine Nafion. Thermal property proton conductivity, methanol permeability, and cell performance of pristine and modified Nafion were analyzed for an application of DMFC membrane. Thermal stabilities of sulfonic groups and side chains in Nafion/Pt/polypyrrole composite membranes were higher than those of Nafion due to mutual interaction between sulfonic groups of Nafion and pyrrolinum groups of polypyrrole. Methanol permeabilities of Nafion/Pt/Polypyrrole composite were reduced more proton conductivities with the increase in the content of Pt particles. As a result of that, the enhancement of cell performance by Nafion/Pt/Polypyrole O2 relative to Nafion was more pronounced under the specific experimental condition such as high temperature and more concentrated methanol solution.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권2호
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• pp.159-166
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• 2003

퍼플루오르설포닐 플로라이드 나피온 레진과 mordenite를 이용하여 $100^{\circ}C$ 이상의 고온에서 작동하는 고분자 전해질형 연료건지용 전해질 막을 제조하고, 물리적 특성, proton전도도 및 단위 전지의 성능을 측정하였다. 나피온/mordenite복합체 막은 나피온 레진을 용융한 후, mordenite를 무게별로 첨가하여 제조하였다. 고온 영역에서 proton 전도도를 측정한 결과, mordenite 함량이 증가할수록 층상 구조를 갖는 mordenite내에 존재하는 층간수의 느린 탈수 속도 때문에 proton 전도도는 증가하였다. 또한, 단위 전지 성능 측정 결과로부터, $130^{\circ}C$의 작동 온도에서 l0wt% mordenite를 함유하고 있는 복합체 막이 전체 영역에 걸쳐 가장 높은 성능을 보임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 같은 조건에서. l0wt% mordenite가 함유된 복합체 막 내부에 존재하고 있는 수분이 다른 조성의 막보다 더 많이 존재하게 되어, 복합체 막의 이온 전도도를 유지하기 때문이다. 따라서, 나피온/mordenite복합체 막은 $100^{\circ}C$이상에서 작동하는 고분자 전해질형 연료전지용 전해질 막으로서 적합하다고 생각된다.