• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.442-448
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• 2021

고분자전해질 연료전지에서 분리판 유로 형상은 유체 공급과 물 및 열 확산, 접촉 저항 등에 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 25 cm² 단위 전지를 이용하여 공기극에 구리폼을 적용한 분리판을 이용하여 연료전지 성능 평가를 수행하였다. 압력과 상대습도 조건에 대한 영향을 분극 곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 분석하였다. 구리폼의 ohmic 저항이 높아 사형유로형상 보다 연료전지 성능은 낮았지만, 다공성 구조로 인한 균일한 연료 분포로 활성화 손실과 물질전달 손실이 적은 것을 확인하였다. 구리폼의 소수성이 높아 물 배출이 유리한 장점이 있지만, 저가습 조건에서는 사형유로에 비하여 전해질막 수화도가 낮은 것을 확인하였다. 다공성 금속 분리판은 균일한 압력 분포와 효과적인 수분 배출로 연료전지 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단되며, 저항을 최소화할 수 있도록 금속폼의 물성에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 신재생에너지
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• 제17권2호
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• pp.50-58
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• 2021

We proposed an MEA development methodology that accurately measures intrinsic MEA performance while considering the uneven reaction environments formed inside a large-area BP. To facilitate measurement of the inherent MEA performance, we miniaturized the active area of the MEA to 3 cm², and prepared two MEAs with different ionomer contents of 0.65 and 0.80 (I/C). By simulating the operating conditions of a 100 cm² BP at the inlet (I), center (C), and outlet (O), the oxygen concentration and relative humidity were determined to be 20.7, 13.8, 11.7%, and 50, 66.1, and 70.1% respectively. We measured the performance and electrochemical analysis of the prepared MEAs under the three simulated conditions. Based on the results of statistical analysis of the evaluated MEA performance data, I/C 0.65 MEA had a higher average performance and lower performance deviation than I/C 0.80 MEA. Hence, it can be concluded that an I/C 0.65 MEA is a more effective MEA for large-area BP. Based on the above research process, we confirmed the effectiveness of the proposed MEA development methodology.

• 공업화학
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• 제33권6호
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• pp.618-623
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• 2022

분리판은 반응물 및 전자를 전달하고 부산물인 물과 열을 배출하며, 막전극접합체의 지지체 역할을 하는 고분자전해질 연료전지의 핵심 구성요소이다. 따라서 분리판의 유로 구조는 연료전지의 성능을 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 압축률이 다른 구리 폼을 cathode 분리판에 적용한 25 cm² 단위 전지를 이용하여 성능 평가를 수행하였다. 금속 폼의 압축률이 증가할수록 총 저항이 감소하였으며, 특히 전하전달과 물질전달 저항이 사형 유로에 비해 크게 개선되어 중전류밀도 및 고전류밀도 영역에서 전압 손실을 줄일 수 있었다. 가압한 공기를 사용한 사형 유로 구조의 경우 연료전지의 성능이 압축한 금속 폼(S3)을 적용한 유로와 중전류밀도 영역까지는 큰 차이가 없었으나, 고전류밀도 영역에서는 유로 구조의 한계로 낮은 성능을 보였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.178-186
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• 2023

Three activation methods (constant voltage, current cycling, and hydrogen pumping) were applied to investigate the effects on the performance of the membrane electrode assembly (MEA) loaded with PtCo/C catalyst. The current cycling protocol took the shortest time to activate the MEA, while the performance after activation was the worst among the all activation methods. The constant voltage method took a moderate activation time and exhibited the best performance after activation. The hydrogen pumping protocol took the longest time to activate the MEA with moderate performance after activation. According to the distribution of relaxation time analysis, the improved performance after the activation mainly comes from the decrease of charge transfer resistance rather than the ionic resistance in the cathode catalyst layer, which suggests that the existence of water on the electrode is the key factor for activation.

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.149-154
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• 2011

연료전지 스택 작동환경에서의 열노화 특성을 살펴보기 위하여 다양한 고무 compound의 내열 및 압축 영구 줄음률의 평가를 실시하고, 스택의 장시간 운전을 통해 접합할 수 있는 대상액인 $H_2SO_4$, $H_2O$, LLC (Ethylene glycol : $H_2O=50:50$)에 대하여 장시간 평가를 실시하였다. NBR과 EPDM은 시간이 경과할수록 침적액의 변색하는 것을 알 수 있었으며, VMQ는 $H_2SO_4$ 분위기에서 시간에 따라 고무가 노화되는 것을 TGA, SEM, EDS 분석을 통하여 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제18권4호
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• pp.261-267
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• 2008

Poly(vinyl chloride) (PVC) 주사슬과 poly(hydroxyethyl acrylate) (PHEA) 곁사슬로 구성된 가지형 공중합체를 원자전달라디칼 중합을 통해 합성하였다. PVC의 2차 염소원자의 직접적인 개시반응에 의해 친수성인 PHEA 단량체를 그래프팅시켰다. 이렇게 합성된 PVC-g-PHEA을 술포석시닉산(SA)를 사용하여 가교시켰으며, 이는 가지형 공중합체의 -OH 그룹과 SA의 -COOH와의 에스테르 반응임을 FT-IR 분광법을 이용하여 분석하였다. 이온교환능(IEC)은 SA 함량이 증가함에 따라 계속하여 증가하여 0.87 meq/g까지 도달하였고, 이는 전해질막에 이온 그룹수가 증가하기 때문이다. 하지만, 함수 율은 SA 함량이 20 wt%까지는 증가하다 그 이상에서는 감소하였다. 또한 수소 이온 전도도도 SA 함량에 따라 증가하여 20 wt% SA 농도에서 0.025 S/cm의 최대값을 나타내었고, 이는 SA 함량이 증가함에 따라 이온 그룹의 수가 증가하는 효과와 가교가 증가하는 효과가 서로 경쟁적으로 일어나기 때문으로 사료된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-12
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• 2011

To improve the mechanical properties, such as durabilities and antioxidative characteristics, the covalently cross-linked (CL-) SPEEK (sulfonated polyether ether ketone)/Cs-substituted HPA (heteropoly acid) organic-inorganic composite membranes (CL-SPEEK/Cs-HPAs), have been intensively investigated. The composite membrane were prepared by blending cesium-substituted HPAs (Cs-HPAs), including tungstophosphoric acid (TPA), molybdophosphoric acid (MoPA), and tungstosilicic acid (TSiA) with cross-linking agent content of 0.01 mL. And composite electrolytes composed of Cs-HPAs, prepared by immersion (imm.) and titration (titr.) methods to increase the stability of HPAs in water, were applied to polymer electrolyte membrane electrolysis (PEME). As a result, the proton conductivity of Cs-substituted composite membranes increased rapidly over $60^{\circ}C$ but mechanical properties, such as tensile strength, decreased in accordance with added Cs content. The bleeding-out of Cs-TPA membranes by titration method (50 vol.% Cs) decreased steadily to 2.15%. In the oxidative stability test by Fenton solution, the durability of membranes with Cs-HPA significantly increased. In case of CL-SPEEK/ Cs-TPA membrane, duration time increased more than 1200 hours. It is expected that even though CL-SPEEK/Cs-MoPA membrane shows the high proton conductivity, electrocatalytic activity and cell voltage of 1.80 V for water electrolysis, the CL-SPEEK/Cs-TPA (imm.) is more suitable as an alternative membrane in real system with the satisfactory proton conductivity, mechanical properties, anti-oxidative stability and cell voltage of 1.89 V.

• 에너지공학
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• 제19권2호
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• pp.73-80
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• 2010

고체산화물연료전지(SOFC)는 청정에너지기술로써 화학에너지를 전기에너지로 직접 전환한다. SOFC는 열병합발전과 결합하여 80%이상의 효율을 올릴 수 있으며 천연가스와 바이오가스 등 연료에 대한 융통성이 폴리머전해질막연료전지(PEMFC)보다 높다. YSZ전해질과 함께 SOFC에 주로 채용되는 공기극 재료는 아직까지 Sr이 첨가된 $LaMnO_3$(LSM)이다. LSM 이외에, 혼합전도성을 가지는 페로브스카이트로서 Sr첨가 $LaCoO_3$(LSCo), $LaFeO_3$(LSF), $LaFe_{0.8}Co_{0.2}O_3$(LSCF)는 공기극 임피던스가 LSM에 비해 현저히 낮아 연구가 증가하고 있다. 그러나 SOFC전극의 소결온도에서 YSZ과 고체반응을 일으키는 문제점과 열팽창 계수가 YSZ와 격차가 크게 나는 문제점 때문에 전극 제조가 복잡하다. 따라서 전해질과의 화학적 안정성 및 유사한 열팽창계수(TEC)를 가지면서 우수한 전기화학활성을 제공하는 것이 해결해야할 중요한 문제로 남는다.

• 공업화학
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• 제24권5호
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• pp.443-455
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• 2013

혼합되지 않는 두 용액 사이의 계면(interface between two immiscible electrolyte solutions, ITIES)에서의 전하 이동 반응에 대한 전기화학적 연구는 이온 검출용 센서, 바이오센서, 생체막 모델링, 약물 전달 반응, 상전이 촉매반응, 연료 생성, 태양에너지 전환 등을 포함한 다양한 연구 분야에 적용이 가능하기 때문에 크게 주목받고 있다. 특히 ITIES에서의 이온 전이 반응을 이용하여 이온물질 및 생물질 등을 검출할 수 있는 센서로 개발하기 위해 불안정한 ITIES의 한 쪽 액체층을 젤(gel)화하여 안정화하고, 마이크로 계면 형성을 통해 전압강하를 최소화 시키는 등의 연구가 활발하게 이루어졌다. 본 총설에서는 ITIES 계면에서의 이온 전이 반응을 이용하여 개발된 다양한 센서의 원리와 응용 및 발전 가능성에 대해 다루고자 한다. ITIES 계면을 (i) 보편적인 액체/액체 계면형, (ii) 마이크로피펫 팁형, (iii) 고분자 박막에 형성된 단일 마이크로홀 또는 마이크로홀 어래이형 및 (iv) 실리콘 기판에 제작된 마이크로홀 어래이형으로 분류하고, 이들 계면에서의 직접적인 이온 전이 반응과 보조 이온 전이 반응을 활용하여 수질 환경 오염의 원인이 되는 이온 및 농약 성분을 선택적으로 검출할 수 있는 이온 선택성 센서와 생물질을 분석할 수 있는 바이오센서 개발 연구에 대해 초점을 두고 소개하려 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.18-25
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• 2008

The membrane electrode assembly(MEA) was prepared by a nonequilibrium impregnation- reduction (I-R) method. Nafion 117 and covalently cross-linked sulfonated polyetherether with tungsto- phosphoric acid (CL-SPEEK/TPA30) prepared by our laboratory, were chosen as polymer electrolyte membrane(PEM). $Pt(NH_3)_4Cl_2$, $RuCl_3$ and reducing agent $(NaBH_4)$ were used as electrocatalytic materials. Electrochemical activity surface area(ESA) and specific surface area(SSA) of Pt cathodic electrode with Nafion 117 were $22.48m^2/g$ and $23.50m^2/g$ respectively under the condition of 0.8 M $NaBH_4$. But Pt electrode prepared by CL-SPEEK/TPA30 membrane exhibited higher ESA $23.46m^2/g$ than that of Nafion 117. In case of Pt-Ru anodic electrode, the higher concentration of Ru was, the lower potential of oxygen reduction and region of hydrogen desorption was, and Pt-Ru electrode using 10 mM $RuCl_3$ showed best properties of SSA $34.09m^2/g$ with Nafion 117. In water electrolysis performance, the cell voltage of Pt/PEM/Pt-Ru MEA with Nafion 117 showed cell property of 1.75 V at $1A/cm^2$ and $80{\circ}C$. On the same condition, the cell voltage with CL-SPEEK/TPA30 was the best of 1.73 V at $1A/cm^2$.