• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.12 no.2
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• pp.181-188
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• 2009

Pt catalyst was adsorbed on Carbon nanofiber (CNF) by modified polyol method after acid treatment of the carbon support with $HNO_3$ and $H_{2}SO_{4}$. As the time for acid treatment increases, more oxygen functional groups on carbon surface were produced which improve the loading amount and dispersion of Pt catalyst on carbon supports. In order to inspect the effect of CNF acid treatment time on electrochemical corrosion, constant potential of 1.4 V was applied to a single cell for 30 min and the amount of $CO_2$ emitted was monitored with on-line mass spectrometry. According to the results of our experiment, more $CO_2$ was produced with Pt/ oxidized-CNF catalyst in compared to that with unoxidized-CNF. Increasing acid treatment time also induces the more $CO_2$ emission. Besides, performance degradation after corrosion test expanded with severer carbon corrosion. From the observed results, it can be concluded that the acid treatment of CNF is beneficial to catalyst loading, but it also is a significant factor declining the fuel cell durability by accelerating electrochemical oxidation of carbon support.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.62 no.1
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• pp.7-12
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• 2024

The durability of the catalyst support has a significant effect on the durability of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). The accelerated durability evaluation of the catalyst support is performed at a high voltage (1.0 to 1.5 V), and the catalyst and ionomer binder in the catalyst layer are also deteriorated, hindering the evaluation of the durability of the support. The existing protocol (DOE protocol) was improved to find conditions in which the support, which is a durability evaluation target, deteriorates further. A protocol (MDOE) was developed in which the relative humidity was lowered by 35% and the number of voltage changes was reduced. After repeating the 1.0 ↔ 1.5 V voltage change cycle, the catalyst mass activitiy (MA), electrochemical active area (ECSA), electrical double layer capacity (DLC), Pt dissolution and particle growth were analyzed. Reaching 40% reduction in mass activity, the MDOE protocol took only 500 cycles, reducing the number of voltage changes compared to the DOE method and increasing the degradation of the carbon support by 50% compared to the DOE protocol.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.1
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• pp.56-61
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• 2011

Alkyl vinyl ethers such as methyl vinyl ether, propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, butyl vinyl ether and isobutyl vinyl ether are usually used as industrial solvents and chemical intermediates in the chemical or pharmaceutical industry. Recently, they are popularly used as raw materials for polymer electrolyte membrane fuel cells and as cellulose dyeing assistants. However, very few investigations about process design and operation data were reported for alkyl vinyl ether compounds and there are no data for propyl vinyl ether(PVE) systems as far as we know. In this work, the isothermal VLE data are reported at 333.15 K for the ternary systems of {PVE + ethanol + benzene} by using headspace gas chromatography(HSGC) and these VLE data were correlated using Wilson, NRTL and UNIQUAC equations. The excess volumes($V^E$) and deviations in molar refractivity(${\Delta}R$) data are also reported for the sub binary systems {PVE + ethanol}, {ethanol + benzene} and {PVE + benzene} at 303.15 K. These data were correlated with Redlich-Kister equation. In addition, isoclines of $V^E$ and DR for ternary system {PVE + ethanol + benzene} were also calculated from Radojkovi equation.