• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.1
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• pp.15-20
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• 2011

The contamination effect of toluene in the airstream on PEM fuel cell performance was studied with various toluene concentration under different operation conditions. And the recovery of the cell performance by applying clean air and the removal of toluene in the air by adsorption of active carbon were investigated. The toluene concentration range used in the experiments was from 0.1 ppm to 5.0 ppm. The performance degradation and recovery were measured by constant-current discharging and electrochemical impedance spectroscopy(EIS). Toluene adsorption capacity of KOH impregnated active carbon was obtained from the adsorption isotherm curve. The severity of the contamination increased with increasing toluene concentration, current density and air stoichiometry, but decrease with increasing relative humidity. The cell performance was recovered by toluene oxidation with oxygen and water in humidified neat air. EIS showed that the increase of charge transfer resistance due to toluene adsorption on Pt surface mainly reduced the performance of PEMFC. Toluene adsorption capacity of active carbon decreased as KOH weight increased in KOH impregnated active carbon.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.177-177
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• 2016

우수한 내식성을 가지는 Zn 박막은 자동차, 가전제품, 전자제품 등에 사용되는 철 생산품의 수명 연장을 위하여 널리 사용되어 왔다. 최근 개발된 Zn-Mg 합금 박막은 Zn나 Mg에 비해 우수한 내식성을 나타내는 Zn-Mg 합금상을 형성하기 때문에 순수한 Zn 박막이나 다른 Zn 계 합금 박막에 비해 우수한 내식성을 가진다고 보고된 바 있다. 본 연구에서는 다양한 합금상의 형성을 위해 Mg 중간층 두께를 제어하며 Zn/Mg/Zn 다층 박막들을 합성하였으며 열처리를 통한 합금상의 변화, 그에 따른 박막의 내식성에 관해 연구하였다. Zn/Mg/Zn 다층 박막은 총 $4{\mu}m$의 두께로 Mg 중간층의 두께를 변화하였으며 비대칭 마그네트론 스퍼터링 공정을 이용하여 냉연강판 위에 합성하였다. 합성된 다층 박막은 다양한 Zn-Mg 합금상을 형성하기 위하여 진공로를 이용하여 $200^{\circ}C$에서 1시간 동안 어닐링 열처리를 실시하였다. 열처리 전, 후 Zn/Mg/Zn 다층 박막의 미세조직과 조성은 X선 회절 분석기 (XRD)와 전계방출형 주사전자현미경 (FE-SEM)과 글로우 방전 분광분석기 (GDEOES)를 사용하여 분석하였다. 어닐링 열처리를 통한 Zn-Mg 합금상 형성이 Zn/Mg/Zn 다층 박막의 내식성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 동전위 분극시험과 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 분석 실시하였다. FE-SEM과 GDOES 분석 결과, Zn/Mg/Zn 다층 박막들 각각의 중간층 Mg 두께는 1.5, 2.0, $2.5{\mu}m$ 였으며, 어닐링 열처리 후 중간층의 Mg이 상, 하부의 Zn 층으로 확산되면서 박막을 치밀한 구조로 변화시키는 것으로 확인되었다. XRD 분석 결과, 열처리를 하지 않은 Zn/Mg/Zn 다층 박막들에서는 Mg 상의 피크의 강도 차이만 존재할 뿐 Zn-Mg 합금상은 형성되지 않았다. 그러나 열처리를 후 Zn/Mg/Zn 다층 박막들에서 $MgZn_2$ 합금상이 형성되었으며, 중간층 Mg 두께가 $1.5{\mu}m$ 이하인 박막에서는 Zn 상이, 초과하는 박막에서는 Mg 상이 잔존하는 것을 확인하였다. EIS 분석 결과, 열처리 후 박막의 전하이동저항 값은 증가하며 박막의 어드미턴스 값이 감소하였으며 Bode phase plot을 통해 열처리 후 시정수(time constant)가 높은 주파수 영역에서 형성 되는 것을 확인하였다. 이는 열처리 후 Zn/Mg/Zn 다층 박막이 치밀해지고 내식성이 향상되었음을 나타낸다. 동전위 분극시험 결과에서도 마찬가지로 열처리 한 Zn/Mg/Zn 다층 박막들은 열처리 전 대비 내식성이 향상되는 것을 확인하였다. 열처리를 통한 Zn/Mg/Zn 다층 박막의 내식성의 향상은 우수한 내식성의 합금상의 형성과 박막 미세구조의 치밀화에 기인한다고 판단하였다. 또한 열처리 한 Zn/Mg/Zn 다층 박막들에서는 Zn와 $MgZn_2$ 상들이 공존 할 경우 가장 우수한 내식성을 나타내었으며, 이는 $MgZn_2$와 Zn 사이의 적은 전위 차이로 인해 갈바닉 부식 효과가 감소되었기 때문으로 판단된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.29 no.5
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• pp.187-191
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• 2019

Perovskite-type oxides have consistently attracted considerable attention for their applications in high-temperature electrochemical devices, such as electrolytes and electrodes of solid oxide fuel cells, oxygen permeating membranes and sensors etc. Among them, the electrical conductivity of 10 % Sr and 10 % Mg doped $LaAlO_3$ (LSAM9191) was measured using impedance spectroscopy and 4-probe d.c. method. Below $550^{\circ}C$, the grain boundary resistance mostly determined the overall conductivity; however, it nearly disappeared above $800^{\circ}C$. Using the defect model and curve fitting, the ionic and electronic conductivity contributions were also separated. In the temperature region where the sample resistance is mostly determined by the grain volume property, LSAM9191 was an oxygen ion conductor at low $Po_2$ and a mixed conductor at high $Po_2$. With increasing temperature, the ionic conduction region only slightly increased. Thus, LSAM9191 is a promising material as an oxygen ion conductor at high temperature and in low $Po_2$.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.26 no.6
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• pp.1-13
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• 2022

This study aims to investigate the feasibility of the half-cell potential (HCP) measurements on the concrete surface for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete. A series of experimental study is performed to measure HCP (or corrosion potential, E_corr) and corrosion current density (i_corr) of reinforcing steel in concrete cube specimens, with a side length of 200 mm. Various corrosion levels in a range of 0% to 20% of the test specimens are accelerated by impressing current to the reinforcing steel in concrete immersed in 3.0 % NaCl solution. HCP is measured in accordance with ASTM C876-15, and corrosion current density is determined by using the Stern-Geary equation and measured polarization resistance measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). As a result, a numerical formula that relates HCP and i_corr in the test specimen is established by a regression analysis of the measured data in this study. It is observed that HCP is linearly correlated with log(i_corr) with a R² greater than 0.87, which is less affected by the experimental variables such as concrete mixture proportion, diameter of reinforcing steel and the amount of applied current in this study. These results exhibit that HCP measurements could be effective for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete in the case of exposed to a certain consistent environment.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.95-95
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• 2018

강재의 방식법 중 도장은 부식을 억제하는데 효과적이고 편리한 방법으로 선박 및 해양 강 구조물의 방식법으로 사용되고 있다. 한편, 강 구조물의 효율적인 유지관리를 위해서는 방식 도장의 도막 열화도를 평가하고 잔존 수명을 예측하여 최적 시기에 보수도장 혹은 재도장하는 것이 필요하다. 일반적으로 선박 및 해양구조물에 적용되는 도막의 방식 성능 평가 방법으로 해수 침지 시험, 염수 분무 시험, 옥외 폭로 시험 등이 있다. 그러나 이러한 시험들은 그 시험 방법에 따라서 정량적인 평가에 한계가 있음은 물론 장기간 소요되는 등 곤란한 문제점이 있다. 그러므로 선박 및 해양구조물을 비롯하여 교량, 각종 강 구조물의 도장 방식에 사용되는 방식용 도료의 성능을 단기간에 적절하게 평가할 수 있는 가속시험법이 제시되며 연구-사용되고 있다. 그 중 도막 방식 성능을 보다 효율적, 비파괴적, 정량적으로 평가할 수 있는 임피던스 분광법(EIS)과 같은 전기화학적 방법은 상대적으로 시험 기간을 크게 단축시킬 수 있고, 대상 방식 도장의 미세한 성능 차이도 분별 가능하다는 장점이 있다[1]. 따라서 본 연구에서는 선박 및 해양구조물 등 가혹한 부식환경에서 강력한 내구성을 가질 수 있도록 다양한 종류의 표면처리 도장 시편을 제작하여 자외선 조사-염수분무-침지환경 등의 열악한 환경조건 하에서 부식-열화 촉진 시험을 실시하였다. 그리고 그 촉진 열화 과정에서 도막의 외관 상태를 관찰 분석함은 물론 전기화학적 임피던스 분광법을 병행 측정하며 그 표면막의 부식 및 도막 열화도를 비교-종합 평가하였다.본 연구에 사용된 시편은 Al 및 Zn 도금 강판에 에폭시, 에폭시-실리콘 우레탄, 에폭시-우레탄 도장 시편으로 Scribe, No Scribe 및 비교재 Al 및 Zn 도금 시편으로 분류하여 각각 실험을 진행하였다. 즉, 도막 열화 시험은 복합 노화 시험법으로 UV 조사 36 시간(ASTM G53), 염수분무 32 시간(ISO 7253), 수분 응축 10 시간을 1 Cycle로 100 Cycle(7800 시간) 동안 실험을 진행하였다. 이때 도막 열화도 평가는 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 각 실험 조건별로 주파수에 따른 임피던스(Z) 값을 평가하였다. 즉, 상온 $25^{\circ}C$의 3.5% NaCl 100 ml 수용액에 작동 전극(Working Electrode)과 구리 도선을 통해 연결하였고, 노출 면적은 $1cm^2$로 일정하게 유지 하였으며, 상대 전극(Counter Electrode)은 탄소봉, 기준 전극(Reference Electrode)으로 포화카로멜전극(Saturated Calomel Electrode)을 사용하여 측정하였다. No Scribe 시편의 경우에는 Al 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편이 우수한 도막 저항성을 나타내었으며, 에폭시-우레탄 도장시편은 23사이클 이후의 저항값이 가장 낮게 나타났다. Zn 기판의 경우는 에폭시, 에폭시-실리콘 우레탄, 에폭시-우레탄 도장 시편 모두 저항 값이 유사하였으며, Al 및 Zn 도금 시편은 도장 처리된 시편에 비해 훨씬 낮은 저항 값을 보였다. 또한 Scribe 시편의 경우에는 Al 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편에서 높은 초기 저항 값을 보였으며, 23 사이클 후의 저항 값은 세 종류의 도막에서 약 1~0.1 Gohm 으로 나타났다. 그리고 Zn 기판 에폭시-실리콘 우레탄 도장 시편에서 가장 낮은 도막 저항 값이 나타났다. 이상의 실험을 통해서 본 연구 내용은 실내촉진시험으로 선박 및 해양 강 구조물에 사용되는 다양한 종류의 도막의 열화도를 평가하는 기초 설계 지침으로 응용될 수 있을 것으로 사료된다. 한편, 도막은 노출 환경에 따라 방식 성능이 다르므로 실제 도막의 사용환경을 고려하여 도장 사양별 적용 부위에 따른 적정 가속 실험 방법을 선정할 필요가 있다고 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.60 no.4
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• pp.588-593
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• 2022

Terephthalaldehyde (TPA) is introduced as a cross liker to enhance electron transfer of hemin-based cathodic catalyst consisting of polyethyleneimine (PEI), carbon nanotube (CNT) for hydrogen peroxide reduction reaction (HPRR). In the cyclic voltammetry (CV) test with 10 mM H₂O₂ in phosphate buffer solution (pH 7.4), the current density for HPRR of the suggested catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/TPA) shows 0.2813 mA cm^-2 (at 0.2 V vs. Ag/AgCl), which is 2.43 and 1.87 times of non-cross-linked (CNT/PEI/hemin/PEI) and conventional cross liker (glutaraldehyde, GA) used catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/GA), respectively. In the case of onset potential for HPRR, that of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA is observed at 0.544 V, while those of CNT/PEI/hemin/PEI and CNT/PEI/hemin/PEI/GA are 0.511 and 0.471 V, respectively. These results indicate that TPA plays a role in facilitating electron transfer between the electrodes and substrates due to the π-conjugated cross-linking bonds, whereas conventional GA cross-linker increases the overpotential by interrupting electron and mass transfer. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results also display the same tendency. The charge transfer resistance (R_ct) of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA decreases about 6.2% from that of CNT/PEI/hemin/PEI, while CNT/PEI/hemin/PEI/GA shows the highest R_ct. The polarization curve using each catalyst also supports the superiority of TPA cross liker. The maximum power density of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA (36.34±1.41 μWcm^-2) is significantly higher than those of CNT/PEI/hemin/PEI (27.87±0.95 μWcm^-2) and CNT/PEI/hemin/PEI/GA (25.57±1.32 μWcm^-2), demonstrating again that the cathode using TPA has the best performance in HPRR.