• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.468-475
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• 2012

A proper stacking force and assembly are important to the performance of fuel cell. Improper assembly pressure may lead to leakage of fuels and high interfacial contact resistance, excessive assembly pressure may result in damage to the gas diffusion layer and other components. The pressure distribution of gas diffusion layer is important to make interfacial contact resistance less for stack performance. To analyze the influence of design parameter factors for pressure distribution, and to optimize stack design, DOE (Design of Experiment) was used for polymer electrolyte membrane fuel cell stack pressure test. As commonly known, the higher clamping force improves the fuel cell stack performance. However, non-uniformity of stress distribution is also increased. It shows that optimization between clamping force and stress distribution is needed for well designed structure of fuel cell stack. In this study, stack design optimization method is suggested by using FEM (Finite Element Methode) and DOE for light-weighted fuel cell stack.

• 정보관리연구
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• 제43권2호
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• pp.169-197
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• 2012

특허는 신뢰성 있는 최신 기술의 보고이며, 따라서 특허분석은 기술발전의 현황파악 및 기술전략의 수립을 위한 필수적인 단계로 인식된다. 비록 다양한 특허분석 연구 및 보고서들이 발표되어 왔으나, 특허분석 결과를 기반으로 기업 또는 국가관점에서의 불확실한 미래에 대응하기 위한 기술전략을 제시하는 실제적인 연구사례는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 특허분석에 따른 미래기술전략수립 사례연구의 제시를 목적으로 하며, 이를 위해 중장기적 미래분석기법 중의 하나인 시나리오 플래닝을 접목한 미래기술전략 수립절차를 제시한다. 사례연구에서는 차세대 에너지원 중의 하나인 고분자 전해질 연료전지와 관련된 특허들을 활용하여 해당 기술과 관련된 미래 시나리오 별 대응전략을 수립한다. 본 연구의 방법 및 사례연구는 중장기 기술전략 수립 프로세스에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.531-538
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• 2019

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 성능이 개선됨에 따라 생성물인 물과 열의 발생이 증가하고 이를 처리하기 위한 관리기법이 중요해지고 있다. 본 연구에서는 물 관리 기법으로 수소 재순환을 적용하였고, 수소 재순환 유량(flow rate)과 퍼지 간격(purge interval) 및 지속 시간(duration)이 연료전지의 성능에 미치는 영향에 대한 실험을 수행하였다. Purge 조건의 영향을 해석하기 위하여 수소극의 압력, 연료의 습도, 운전 간의 연료 이용 효율과 물 배출 양을 측정하였다. 수소 재순환 유량이 증가할수록 수소극 출구의 압력 저하로 인하여 스택 성능이 낮아졌다. Purge 조건에 따라서 물을 효과적으로 배출하지 못해 순간적인 전압 강하가 발생하거나 혹은 잦은 purge로 인해 수소극의 습도를 유지하지 못하여 성능이 점차적으로 감소하는 것을 확인하였다. Purge 조건 실험을 통하여 수소극의 습도를 유지하고 응축된 물을 충분히 배출할 수 있는 purge interval과 duration을 선정하였고, 이를 통하여 스택의 성능과 연료 이용 효율을 향상시킬 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.151-158
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• 2022

고가의 귀금속 촉매는 고분자 전해질 연료전지의 상업화에 걸림돌로 인식되어 저가의 비귀금속 촉매 연구가 활발하다. 본 연구에서는 Fe-N-C 촉매를 킬레이팅이 가능한 4가지 다른 질소 전구체 N,N,N',N'-detramethylethylenediamine(TMEDA), 1,2-ethylenediamine (EDA), m-dicyanobenzene (DCB), dicyandiamide (DCDA)를 이용하여 700, 800, 900, 1000 ℃에서 합성하였다. 촉매의 물리적 특성은 주사전자현미경, X선 회절분석기, 자동원소분석기를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 촉매 표면 형태 및 원소의 분산도와 에너지 분산형 X-선 분광을 적용하여 Fe의 함량을 확인하였다. 또한 비금속 원소의 함량과 Fe의 담지 여부 등을 확인하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압전류법과 선형주사전위법을 통해 촉매의 전기화학적 산소 환원에 대한 활성과 전자전달수 등을 분석하였다. 결과에 따르면 질소 전구체로 EDA를 사용하여 800 ℃의 소성온도에서 합성한 촉매가 가장 높은 산소 환원 활성을 보였다. 이 연구 결과는 고가의 귀금속을 대체하기 위한 노력에 도움이 될 것으로 예상된다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제20권6호
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• pp.451-465
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• 2021

In this investigation, electrochemical characteristics and damage behavior of 316L stainless steel polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) were analyzed by potentiodynamic and potentiostatic tests in cathode operating condition of PEMFC. As the result of potentiodynamic polarization test, range of passive region was larger than range of active region. In the result of potentiostatic test, damage depth and width, pit volume, and surface roughness were increased 1.57, 1.27, 2.48, and 1.34 times, respectively, at 1.2 V compared to 0.6 V at 24 hours. Also, as a result of linear regression analysis of damage depth and width graph, trend lines of damage depth and width according to applied potentials were 16.6 and 14.3 times larger, respectively. This demonstrated that applied potential had a greater effect on pitting damage depth of 316L stainless steel. The damage tendency values were 0.329 at 6 hours and 0.633 at 24 hours with applied potentials, representing rapid growth in depth direction according to the test times and applied potentials. Scanning electron microscopy images revealed that surface of specimen exhibited clear pitting damage with test times and applied potentials, which was thought to be because a stable oxide film was formed by Cr and Mo.

• 공업화학
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• 제33권6호
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• pp.646-652
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• 2022

Dead ended anode (DEA) 시스템은 수소극(anode) 출구를 막고 압력으로 연료를 공급하는 방식이다. DEA 방식은 시스템 단순화를 통해 연료이용효율과 전력 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만 DEA 운전 중 공기극(cathode)에서 수소극으로 질소와 물의 역확산으로 인한 범람(flooding)이 발생한다. 이러한 범람 현상은 연료전지 성능 저하와 전극 열화의 주요 요인이 된다. 따라서 DEA 운전 시 범람을 방지하기 위하여 연료전지 구조와 구성요소가 최적화되어야 한다. 본 연구에서는 DEA 시스템에서 연료전지의 성능과 연료이용효율 향상을 위해 발포 금속을 적용한 다공성 유로에 대한 영향을 조사하였다. 그 결과, 공기극에 다공성 유로를 사용한 경우 효과적인 물 관리로 연료전지 성능과 배출 간격(purge interval)이 개선되었고, 이를 통하여 공기극 유로 구조가 물 역확산에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이에 반해 수소극의 다공성 유로가 연료전지 성능에 미치는 영향은 미미하였다. DEA 시스템에서는 발포 금속 물성이 배출 간격에 영향을 미치며 cell 크기가 큰 발포 금속에서 안정적인 성능을 나타내었다.

• 대한금속재료학회지
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• 제56권12호
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• pp.885-892
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• 2018

Molybdenum disulfide ($MoS_2$) based electrocatalysts have been proposed as substitutes for platinum group metal (PGM) based electrocatalyst to hydrogen evolution reaction (HER) in water electrolysis. Here, we studied $MoS_2/CNFs$ hybrid catalyst prepared by electrospinning method with heat treatment for polymer electrolyte membrane(PEM) water electrolysis to improve the HER activity. The physicochemical and electrochemical properties such as average diameter, crystalline properties, electrocatalitic activity for HER of synthesized $MoS_2/CNFs$ were investigated by the Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM), Raman Spectroscopy (Raman) and Linear Sweep Voltammetry (LSV). The as spun ATTM/PVP nanofibers were prepared by sol-gel and electrospinning method. Subsequently, the $MoS_2/CNFs$ was dereived from reduction heat treatment of ATTM at the ATTM/PVP nanofibers and carbonization heat treatment. Synthesized $MoS_2/CNFs$ electrocatalyst had an average diameter of $179{\pm}30nm$. We confirmed that the $MoS_2$ layers in $MoS_2/CNF$ electrocatalyst consist of 3~4 layers from the Raman results. In addition, We confirmed that the $MoS_2$ layers in $MoS_2/CNF$ catalyst consist of 7.47% octahedral 1T phase $MoS_2$, 63.77% trigonal prismatic 2H phase $MoS_2$ with 28.75% $MoO_3$ through the XRD, Raman and XPS results. It was shown that $MoS_2/CNFs$ had the overpotential of 0.278 V at $10mA/cm^2$ and tafel slope of 74.8 mV/dec in 0.5 M sulfuric acid ($H_2SO_4$) electrolyte.

• 멤브레인
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• 제27권4호
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• pp.344-349
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• 2017

전해질막을 사용하는 알칼라인 연료전지는 최근 들어서 시스템 구성이 비슷하고 전해질막의 종류만 다른 기존의 양이온 교환막 연료전지를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 특히, 알칼라인 연료전지에서는 비백금계 저가 촉매가 사용 가능하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 이러한 알칼라인 연료전지 시스템에 적용하기 위한 고성능, 고내구성 음이온 교환막을 제조하기 위하여, 두 종류의 다공성 지지체인 폴리벤조옥사졸 지지체와 폴리에틸렌 지지체에 Fumion FAA 이오노머를 함침시켜, 기존의 Fumion 시리즈의 막보다 우수한 기계적 강도를 가지면서 높은 이온전도도를 유지할 수 있는 함침막을 제조하고자 하였다. 이를 통하여 최종적으로 지지체-함침막이 성공적으로 제조되었고, 이온 전도도와 기계적 특성이 지지체의 성질에 따라 서로 다른 결과를 보여 주었다. PE 지지체에 Fumion 이오노머를 함침시킨 함침막에서는 우수한 기계적 특성이 얻어졌지만, 이온전도도는 감소하였으며 특히 높은 온도에서 성능감소가 더욱 증가하였다. 반면에 PBO 지지체에 Fumion 이오노머를 함침 시킨 경우에는 PBO의 높은 염기성으로 인하여 함침 후에 높은 이온 전도도를 보였지만, Fumion-PE막에 비하여 상대적으로 낮은 기계적 특성을 나타내었다. 결과적으로 지지체-함침막 제조 시 알칼라인 연료전지의 운전조건에 따라 지지체의 특성을 충분히 고려하여 연구를 진행할 필요가 있다는 결론을 얻었다.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.193-200
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• 2011

원자전달 라디칼 중합(ATRP)에 의해 poly(vinyl chloride) (PVC) 주사슬과 poly(styrene sulfonic acid) (PSSA) 곁사슬로 되어있는 양쪽성 PVC-g-PSSA 가지형 공중합체를 합성하였다. PVC-g-PSSA 가지형 공중합체 고분자를 템플레이트로 사용하고 졸겔법을 적용하여, 결정성 아타네제상의 미세기공 이산화티타튬 필름을 제조하였다. $TiO_2$ 전구체인 TTIP를 친수성인 PSSA 영역과 선택적으로 작용시켜 $TiO_2$ 메조기공 필름을 성장하였으며, 이를 주사전자 현미경 (SEM)과 엑스레이회절 (XRD)분석을 통해 분석하였다. 스핀코팅 횟수와 P25 도입에 따른 염료감응 태양전지 성능을 체계적으로 분석하였다. 그 결과 준고체 고분자 전해질을 이용하였을 때, 100 mW/$cm^2$ 조건에서 에너지 변환 효율이 2.7%에 이르렀다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.348-351
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• 2006

Bipolar plate, which forms about 50% of the stack cost, is an important core part with polymer electrolyte membrane in PEMFC. Bipolar plates have been commonly fabricated from graphite meterial having high electrical conductivity and corrosion resistance. Lately, many researchers have concentrated their efforts on the development of metallic bipolar plate and stainless steel has been considered as a potential material for metallic bipolar plate because of its high strength, chemical stability, low gas permeability and applicability to mass production. However, it has been reported that its inadequate corrosion behavior under PEMFC environment lead to a deterioration of membrane by dissolved metal ions and an increase in contact resistance by the growth of passive film therefore, its corrosion resistance as well as contact resistance must be improved for bipolar plate application. In this work, several types of coating were applied to 316L and their electrical conductivity and corrosion resistance were evaluated In the simulated PEMFC environment. Application of coating gave rise to low interfacial contact resistances below $19m{\Omega}cm^2$ under the compress force of $150N/cm^2$. It also made the corrosion potential to shift in the posit ive direct ion by 0.3V or above and decreased the corrosion current from ca. $9{\mu}A/cm^2$ to ca. $0.5{\mu}A/cm^2$ in the mixed solution of $0.1N\;N_2SO_4$ and 2ppm HF A coat ing layer under potentiostatic control of 0.6V and $0.75V_{SCE}$ for 500 hours or longer showed some instabilities, however, no significant change in coat Ing layer were observed from Impedance data. In addition, the corrosion current maintained less than $1{\mu}A/cm^2$ for most of time for potentiostatic tests. It indicates that high electrical conductivity and corrosion resistance can be obtained by application of coatings in the present work.