• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.30-36
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• 2019

본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 $H_3PO_4$의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.

• 멤브레인
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• 제34권2호
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• pp.146-153
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• 2024

본 실험에서는 Ti를 기반으로 한 평판 수소 분리막을 설계하여 제조하였다. 새로운 조성의 Ti를 베이스로 한 수소 분리막을 찾기 위하여 여러 합금들의 물리화학적 특성과 수소투과도 사이의 상관관계에 대해 조사하였다. 이를 바탕으로 신조성의 합금막 2종(Ti_14.2Zr_66.4Ni_12.6Cu_6.8 (70 ㎛), Ti_17.3Zr_62.7Ni₂₀ (80 ㎛))을 설계 및 제조하였다. 제조된 평판 수소 분리막은 300~500℃, 1~4 bar의 조건에서 혼합 가스(H₂, N₂), sweep 가스(Ar)를 이용하여 수소 투과 실험을 진행하였다. Ti_14.2Zr_66.4Ni_12.6Cu_6.8 합금막은 500℃, 4bar에서 최대 16.35 mL/cm² min의 flux를 가지며, Ti_17.3Zr_62.7Ni₂₀ 합금막은 450℃, 4 bar에서 최대 10.28 mL/cm² min의 flux를 가진다.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.373-379
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• 2021

A series of novel PBI/SrTiO₃ nanocomposite membranes composed of polybenzimidazole (PBI) and strontium titanate (SrTiO₃) with a perovskite structure were fabricated with various concentrations of SrTiO₃ through a solution casting method. Various characterization techniques such as proton nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis, atomic force microscopy (AFM) and AC impedance spectroscopy were used to investigate the chemical structure, thermal, phosphate absorption and morphological properties, and proton conductivity of the fabricated nanocomposite membranes. The optimized PBI/SrTiO₃-8 polymer nanocomposite membrane containing 8wt% of SrTiO₃ showed a higher proton conductivity of 7.95 × 10^-2 S/cm at 160℃ compared to other nanocomposite membranes. The PBI/SrTiO₃-8 composite membrane also showed higher thermal stability compared to pristine PBI. In addition, the roughness change of the polymer composite membrane was also investigated by AFM. Based on these results, nanocomposite membranes based on perovskite structures are expected to be considered as potential candidates for high-temperature PEM fuel cell applications.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.484.2-484.2
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• 2014

There are many efforts to improving the power conversion efficiencies (PCEs) of dye-sensitized solar cells (DSCs). Although DSCs have a low production cost, their low PCE and low thermal stability have limited commercial applications. This study describes the preparation of a novel multifunctional polymer gel electrolyte in which a cross-linking polymerization reaction is used to encapsulate $TiO_2$ nanoparticles toward improving the power conversion efficiency and long-term stability of a quasi-solid state DSC. A series of liquid junction dye-sensitized solar cells (DSCs) was fabricated based on polymer membrane encapsulated dye-sensitized $TiO_2$ nanoparticles, prepared using a surface-induced cross-linking polymerization reaction, to investigate the dependence of the solar cell performance on the encapsulating membrane layer thickness. The ion conductivity decreased as the membrane thickness increased; however, the long term-stability of the devices improved with increasing membrane thickness. Nanoparticles encapsulated in a thick membrane (ca. 37 nm), obtained using a 90 min polymerization time, exhibited excellent pore filling among $TiO_2$ particles. This nanoparticle layer was used to fabricate a thin-layered, quasi-solid state DSC. The thick membrane prevented short-circuit paths from forming between the counter and the $TiO_2$ electrode, thereby reducing the minimum necessary electrode separation distance. The quasi-solid state DSC yielded a high power conversion efficiency (7.6/8.1%) and excellent stability during heating at $65^{\circ}C$ over 30 days. These performance characteristics were superior to those obtained from a conventional DSC (7.5/3.5%) prepared using a $TiO_2$ active layer with the same thickness. The reduced electrode separation distance shortened the charge transport pathways, which compensated for the reduced ion conductivity in the polymer gel electrolyte. Excellent pore filling on the $TiO_2$ particles minimized the exposure of the dye to the liquid and reduced dye detachment.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제10권3호
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• pp.271-275
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• 2019

Anodic $TiO_2$ nanotubes were simultaneously grown and doped with $RuO_2$ by single-step anodization in a negatively-charged $RuO_4{^-}$ precursor. Subsequently, a high positive voltage was imposed on the nanotubes in an $F^-$-based electrolyte (a process referred to as potential shock), which led to the formation of a through-hole $RuO_2$-doped $TiO_2$ nanotube membrane without significant loss of the $RuO_2$ catalyst. XPS results confirmed that the doped Ru metal was converted into $RuO_2$ as the potential shock voltage increased. Further increases in the potential shock voltage led to the formation of $RuO_x/Ru$ in the $TiO_2$ nanotubes. All of our results clearly showed that a through-hole catalyst-doped $TiO_2$ nanotube membrane can be produced by a sequence consisting of single-step anodization and the potential shock process.

• 멤브레인
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• 제25권5호
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• pp.398-405
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• 2015

용액-확산 메커니즘에 의해 결정되는 기존의 고분자에서와는 달리, 촉진수송은 투과도와 선택도를 동시에 향상시킬 수 있는 기술이다. 본 연구에서는 은 나노입자, 폴리비닐피롤리돈, 7,7,8,8-테트라시야노퀴노디메탄으로 구성된 촉진수송 올레핀 분리막에 있어서, 메조기공 티타늄산화물($m-TiO_2$)에 대한 영향을 연구하였다. 특히 메조기공 티타늄산화물은 폴리비닐클로라이드-g-폴리옥시에틸렌 메타크릴레이트 가지형 공중합체를 템플레이트로 하여 쉽고 대량 생산이 가능한 방법으로 제조하였다. 엑스레이 회절분석에 따르면, 제조된 메조기공 티타늄산화물은 아나타제와 루타일 상의 혼합으로 구성되어 있으며, 결정의 크기가 약 16 nm 정도 되었다. 메조기공 티타늄산화물을 첨가하였을 때, 분리막의 확산도가 증가하여 혼합기체 투과도가 1.6에서 16 GPU로 증가하였고 선택도는 45에서 37로 약간 감소하였다. 메조기공 티타늄산화물이 첨가되지 않은 분리막은 장시간 성능이 유지되었으나, 메조기공 티타늄산화물이 첨가된 분리막의 경우 시간이 지남에 따라 투과도와 선택도가 감소하였다. 이는 티타늄산화물과 은 사이의 화학적 상호작용으로 은 나노입자의 올레핀 운반체로써의 활성을 감소시키기 때문으로 사료된다.

• 멤브레인
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• 제32권5호
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• pp.304-313
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• 2022

활성 의약품 성분(APIs)의 존재가 수생 생태계와 인간의 건강에 위험하다는 증거가 있다. 물에 항생물질인 테트라사이클린과 같은 API가 존재하면 미생물에 항균제 내성(AMR)이 발생해 개인과 사회에 막대한 비용이 발생한다. TiO₂ 또는 비스무트 기반 촉매와 같은 촉매가 내장된 막은 유기 유출물을 분해하고 폐수로부터 분리한다. 촉매의 광촉매 활성은 귀금속 도핑 및 탄소성 물질의 첨가 및 다른 반도체와의 헤테로 접합 형성으로 향상될 수 있다. 광촉매의 회수는 고분자 막에서 광촉매의 고정화를 통해 가능하다. 이 검토에서는 물 속 항생제의 분해가 논의된다.

• 멤브레인
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• 제33권1호
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• pp.13-22
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• 2023

리튬 금속 기반 전극의 높은 용량에도 불구하고, 제어가 어려운 덴드라이트 성장은 낮은 쿨롱 효율, 안전 문제를 야기해, 리튬금속 배터리의 상용화를 제한한다. 본 연구에서는 압전 복합체인 BaTiO₃/PVDF (BTO@PVDF) 기반 보호층을 리튬금속에 코팅, 덴드라이트에 의한 부피팽창으로 발생한 변형을 분극을 이용하여, 리튬 금속 전극의 안정성 및 성능을 향상하고자 한다. 이를 통해, 균일한 리튬이온의 증착이 가능해졌으며, BTO@PVDF 전극은 100 사이클 동안 약 98.1% 이상의 쿨롱 효율을 나타내었다. 또한, CV를 통해 향상된 리튬이온의 확산계수(D_Li+) 증가를 보였으며, 본 연구에서 제시된 전략은 리튬 금속 전극의 성능 향상에 새로운 길을 나타내준다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제22권4호
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• pp.242-251
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• 2023

The electrochemical corrosion behaviors of 304 stainless steels (STSs) with various coatings (organic coating and dry coating) were examined, and their applicability as bipolar plates in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) was validated. The results showed that the organic-coated samples had a significant decrease in anodic and cathodic current density compared to the uncoated sample. However, an increase in carbon black content in the organic coating or additional heat treatment at 700 ℃ resulted in a decrease in corrosion resistance. In addition, improvements in corrosion resistance achieved by adding TiO₂ powder to the organic coating were found to be limited. In contrast, dry coating with TiC and CrC exhibited higher corrosion potential, significantly lower current density, and reduced contact resistance compared to the organic coatings. Notably, the TiC-coated sample showed a comparatively lower current density and more stable behavior than the CrC-coated sample. Based on a series of experimental results, a thin TiC coating without defects is proposed as a promising surface treatment strategy for STS bipolar plates in PEMFC.

• Rapid Communication in Photoscience
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• 제2권3호
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• pp.82-84
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• 2013

We fabricated dye-sensitized solar cells (DSSCs) with $TiO_2$ nanowire (NW)/nanoparticle (NP) composite and solidified nanogel as the photoelectrode and electrolyte, respectively. $TiO_2$ NWs were generated via pore-infiltration of titanium (IV) isopropoxide (TTIP) into a track-etched polycarbonate membrane with a pore diameter of 100 nm, followed by calcination at $500^{\circ}C$. Energy conversion efficiency of $TiO_2$ NW/NP-based DSSCs was always higher than that of NP-based cells. We attributed this to improved light scattering and electron transport by $TiO_2$ NWs, as verified by intensity modulation photocurrent spectroscopy (IMPS) and intensity modulation photovoltage spectroscopy (IMVS) analyses. Quasi-solid-state DSSCs with NW/NP composites exhibited 5.0% efficiency at 100 $mW/cm^2$, which was much greater than that of NP-based cells (3.2%).