• 전기화학회지
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• 제25권4호
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• pp.174-183
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• 2022

높은 에너지 밀도와 고순도 수소 생산의 측면에서 고분자 전해질 연료전지와 수전해가 주목받고 있다. 고분자 전해질 연료전지 및 수전해를 위한 촉매층은 귀금속 계열의 전기 촉매와 이오노머 바인더로 구성되어 있는 다공성 전극이다. 이 중 이오노머 바인더는 촉매층 내 이온 전도를 위한 3차원 네트워크 형성과 전극 반응에 필요한 또는 생성되는 물질들의 이동을 위한 기공 형성에 중요한 역할을 수행한다. 상용 과불소계 이오노머의 활용 측면에서 이오노머의 함량, 이오노머의 물성, 그리고 이를 분산시킬 분산 매체에 촉매층의 성능 및 내구성이 크게 달라진다. 현재까지 고분자 전해질 연료전지용 촉매층을 위한 이오노머의 활용 방법은 많은 연구가 진행되어왔으나 고분자 전해질 수전해 적용 방면에서는 촉매층 연구가 다소 미비한 실정이다. 본 총설에서는 현재까지 보고된 연료전지 측면에서의 이오노머 바인더 활용 연구결과를 요약하였으며, 수소 경제 시대의 가속화를 위해서 고분자 전해질 수전해 핵심요소 중 하나인 촉매층용 이오노머 바인더에 관한 연구에 유용한 정보를 제공하고자 한다.

• 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 2005년도 춘계학술대회
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• pp.277-280
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• 2005

Air-breathing polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are highly promising particularly for small-power applications up to tens watts class. A distinctive feature of the air-breathing PEMFC is its simple system configuration in which axial fans operate for dual purposes, supplying both oxidant and coolant in a single manner. In the present study, a nominal SOW air-breathing PEMFC system is developed and investigated to determine the optimal operating strategy through parametric studies (i.e., reactant humidity, and fan-blowing flow rate). The cell voltage distributions are examined as a function of time to evaluate the system performance under various operating conditions.

• 에너지공학
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• 제11권3호
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• pp.254-261
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• 2002

The fabrication method for the main components of the polymer electrolyte membrane fuel cell stack such as electrodes, membrane-electrode assemblies, and bipolar plates was established for the effective electrode area of 240 ㎠. A counter-flow type 100-cell stack was fabricated by using the above components and then a maximum power of 7.44 kW for H$_2$/O$_2$ and 5.56 kW for H$_2$/air could be obtained at 70$\^{C}$ and 1 atm. It was seen that the distribution of the OCV for unit cells in the stack was uniform but the voltage deviation increased as the load increased due to the IR drop and the electrode polarization. The stack was applied to the power source of the fuel cell/battery hybrid electric golf car. It produced about 1 kW at a room temperature operation during the test run, which occupied about 43% of the total power required by the 2.3 kW motor.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.187-195
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• 2023

Data centers not only consume significant electricity to operate IT equipment, but also use a lot of electricity to cool the heat generated by IT equipment. The waste heat of a high-temperature polymer electrolyte fuel cell (HT-PEFC) is capable of producing cooling , so it can be effectively applied to data centers that require cooling throughout the year. The energy-saving effects of the proposed combined cooling, heat and power (CCHP) system using HT-PEFC. That was analyzed based on the annual energy consumption data of a specific data center. When the system was running at 100% of the year, It was shown that the installation of 1 MW of the proposed system can save 3,407 MWh of electrical energy per year. In addition, compared to the existing system, the annual power usage effectiveness can be improved from 2.0 to 1.57 and 6,293 MWh of extra heat energy per year can be produced to sell. Furthermore, sensitivity analysis was performed on the fuel cell operating temperature and current density to guide the appropriate installation capacity of the proposed system.

• 멤브레인
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• 제30권6호
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• pp.395-408
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• 2020

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 환경오염물질 배출이 없는 친환경 에너지 변환 장치로 주목을 받고 있다. PEMFC의 구성요소 중 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 음극에서 발생되는 수소이온을 양극으로 전달하는 역할과 동시에 분리막으로써 연료의 투과를 차단하는 역할을 수행하는 핵심 소재이다. 대표적으로 Nafion®과 같은 과불소화계 고분자 전해질 막이 상용화 되어있지만 높은 단가 및 분해 시 환경오염물질이 배출되는 단점이 존재하여, 이를 대체할 탄화수소계 고분자를 활용한 전해질 막 개발에 관한 연구들이 수행되고 있다. 높은 수소이온 전도도를 가지며 동시에 우수한 물리·화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 전해질 막을 개발하기 위해 가교 구조가 도입된 전해질 막을 개발하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설은 가교 전해질 막을 제조하기 위해 이온교환 작용기가 도입된 탄화수소계 고분자를 활용하여 다양한 종류의 가교 전해질 막을 제조하는 방법에 대해 논하였다.

• Macromolecular Research
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• 제14권4호
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• pp.449-455
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• 2006

Ionic cluster mimic, polymer electrolyte membranes were prepared using polymer composites of crosslinked poly(vinyl alcohol) (PVA) with sulfated-${\beta}$-cyclodextrins (${\beta}-CDSO_3H$) or phosphated-${\beta}$-cyclodextrins (${\beta}-CDPO(OH)_2$). When Nafion, developed for a fuel cell using low temperature, polymer electrolyte membranes, is used in a direct methanol fuel cell, it has a methanol crossover problem. The ionic inverted micellar structure formed by micro-segregation in Nafion, known as ionic cluster, is distorted in methanol aqueous solution, resulting in the significant transport of methanol through the membrane. While the ionic structure formed by the ionic sites in either ${\beta}-CDSO_3H$ or ${\beta}-CDPO(OH)_2$ in this composite membrane is maintained in methanol solution, it is expected to reduce methanol transport. Proton conductivity was found to increase in PVA membranes upon addition of ionized cyclodextrins. Methanol permeability through the PVA composite membrane containing cyclodextrins was lower than that of Nafion. It is thus concluded that the structure and fixation of ionic clusters are significant barriers to methanol crossover in direct methanol fuel cells.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권8호
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• pp.2141-2142
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• 2010

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.233-238
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• 1999

고분자 연료전지 (polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC)) 시스템은 연료전지 스택, 연료공급부, 공기공급부, 냉각부, 운전 제어부, 전자부하 및 데이터 획득부 그리고 인버터 등으로 구성된다. 이 가운데 가장 중요한 구성요소인 고분자 연료전지 스택의 성능은 전극과 전해질막 접합체의 성능뿐만 아니라 스택의 구조와 유로형상에도 크게 의존한다. 따라서 보다 고성능의 전해질막과 전극을 개발하고 소형화, 경량화가 가능한 스택의 구조와 유로형상을 찾는 것이 고분자 연료전지 스택의 개발에 있어 매우 중요하다.(중략)

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.313-320
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• 2002

The characteristics of the AISI bipolar plates have been investigated to replace the expensive graphite bipolar plates. It was found from the contact resistance evaluation of graphites, composites, and AISI that the contact resistance of AISI was the lowest, but it could approach to that of composites at higher compression forces. The single cell operation using the AISI bipolar plates revealed that the lower performance of the AISI single cell compared to the graphite one was due to not only the higher contact resistance but the flooding effect caused by high wettability of AISI. The performance of the AISI single cell could be improved if the channels were modified appropriately. The large size AISI single cell was operated to investigated the size effect on the performance.