• 한국표면공학회지
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• 제54권4호
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• pp.164-170
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• 2021

Vanadium redox flow batteries (VRFB) have emerged as large-scale energy storage systems (ESS) due to their advantages such as low cross-contamination, long life, and flexible design. However, Hydrogen evolution reaction (HER) in the negative half-cell causes a harmful influence on the performance of the VRFB by consuming current. Moreover, HER hinders V²⁺/V³⁺ redox reaction between electrode and electrolyte by forming a bubble. To address the HER problem, carbon nanotube/graphite felt electrode (CNT/GF) with oxygen functional groups was synthesized through the hydrothermal method in the H₂SO₄ + HNO₃ (3:1) mixed acid solution. These oxygen functional groups on the CNT/GF succeed in suppressing the HER and improving charge transfer for V²⁺/V³⁺ redox reaction. As a result, the oxygen functional group applied electrode exhibited a low overpotential of 0.395 V for V²⁺/V³⁺ redox reaction. Hence, this work could offer a new strategy to design and synthesize effective electrodes for HER suppression and improving the energy density of VRFB.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.62-68
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• 2006

High temperature electrolysis is a promising technology to produce massively hydrogen using renewable and nuclear energy. Solid oxide fuel cell materials are candidates as the components of steam electrolysers. However, the polarization characteristics of the typical electrode materials during the electrolysis have not been intensively investigated. In this study, NiO electrode was deposited on YSZ electrolyte by spin coat process and firing at $1300^{\circ}C$. Pt electrode was applied on the other side of the electrolyte to compare the polarization characteristics with those by NiO during electrolysis. The $H_2$ evolution rate was also monitored by measuring the electromotive force of Lambda probe and calculated by thermodynamic consideration. At low current density, Pt showed lower cathodic polarization and thus higher current efficiency than Ni, but the oxidation of Ni into NiO caused the increase of anodic resistance with increasing current density. High overpotential induced high power consumption to produce hydrogen by electrolysis.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.743-748
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• 2022

The initial operation stability of hydrogen-fueled, solid oxide fuel cell with Ni thin-film anode fabricated by direct current sputtering was evaluated in terms of electrochemical properties such as peak power density, open circuit voltage, overpotential, and alternating current impedance at 500℃. Hydrogen and air were used as anode fuel and cathode fuel, respectively.

• 전기화학회지
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• 제2권1호
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• pp.38-45
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• 1999

Electrochemical lithium intercalation into a PECVD (plasma enhanced chemical vapour deposited) carbon film electrode was investigated in 1 M $LiPF_6-EC$ (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) solution during lithium intercalation and deintercalation, by using cyclic voltammetry supplemented with ac-impedance spectroscopy. The size of the graphitic crystallite in the a- and c-axis directions obtained from the carbon film electrode was much smaller than those of the graphite one, indicating less-developed crystalline structure with hydrogen bonded to carbon, from the results of AES (Auger electron spectroscopy), powder XRD (X-ray diffraction) method, and FTIR(Fourier transform infra-red) spectroscopy. It was shown from the cyclic voltammograms and ac-impedance spectra of carbon film electrode that a threshold overpotential was needed to overcome an activation barrier to entrance of lithium into the carbon film electrode, such as the poor crystalline structure of the carbon film electrode showing disordered carbon and the presence of residual hydrogen in its structure. The experimental results were discussed in terms of the effect of host carbon structure on the lithium intercalation capability.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.41-55
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• 2018

General polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) operates at less than $80^{\circ}C$. Therefore liquid phase water resulting from electrochemical reaction accumulates and floods the cell which in turn increases the mass transfer loss. To prevent the flooding, it is common to employ serpentine flow channel, which can efficiently export liquid phase water to the outlet. The major drawback of utilizing serpentine flow channel is the large pressure drop that happens between the inlet and outlet. On the other hand, in the high temperature polymer electrolyte fuel cell (HT-PEMFC), since the operating temperature is 130 to $180^{\circ}C$, the generated water is in the state of gas, so the flooding phenomenon is not taken into consideration. In HT-PEMFCs parallel flow channel with lower pressure drop between the inlet and outlet is employed therefore, in order to circulate hydrogen and air in the cell less pumping power is required. In this study we analyzed HT-PEMFC's different flow channels by parallel computation using previously developed 3-D isothermal model. All the flow channels had an active area of $25cm^2$. Also, we numerically compared the performance of HT-PEMFC parallel flow channel with different manifold area and Rib interval against the original serpentine flow channel. Results of the analysis are shown in the form of three-dimensional contour polarization curves, flow characteristics in the channel, current density distribution in the Membrane, overpotential distribution in the catalyst layer, and hydrogen and oxygen concentration distribution. As a result, the performance of a real area fuel cell was predicted.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.847-853
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• 2016

본 연구에서는 3차원 전산유체역학 모델을 적용하여 서펜타인 유로를 갖는 고분자 전해질 분리막(PEM) 연료전지의 성능평가를 수행하였다. PEM 연료전지의 전산 모델은 등온조건하에서의 이동현상을 고려하여, 물질 및 운동량 전달, 전극에서의 반응속도론 그리고 전기적 흐름을 모두 포함하였다. 한편, 병류로 흐르도록 형성된 구조의 유로 형태는 본 연료전지모델에서 유로의 폭과 높이의 비인 종횡비와 유로와 립 폭의 비인 반응면적비를 변화시키며 다양한 형상으로 고려되었다. 유로의 형상이 변화될 경우 연료전지 내부의 수소와 산소의 질량분율 분포가 계산되었으며, 이에 따라, 활성화과전압의 계산 값이 변하게 되며 전류밀도 분포가 최종적으로 결정되었다. CFD 결과는 종횡비가 클수록 성능이 증가하고 반응면적비가 클수록 성능이 감소하는 것을 보였다. 본 연구의 모델에 의하면 서펜타인 유로의 형상에 의해, 성능특성이 경향성을 보이는 결과를 보여주었으며, 이와같은 결과는 다른 문헌에 보고 된 CFD 결과들과 전반적으로 잘 부합하는 것으로 나타났다.

• 한국결정성장학회지
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• 제31권2호
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• pp.96-101
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• 2021

Developing effective and earth-abundant electrocatalyst for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) is critical for the commercialization of a water splitting system. In particular, the overpotential of the OER is relatively higher than the HER, and thus, it is considered that one of the important methods to enhance the performance of the electrocatalyst is to reduce the overpotential of the OER. We report effects of incorporation of metalloid into Ni(OH)2 microcrystal on electrocatalytic activities. In this study, Te incorporated Ni(OH)2 (��Te-Ni(OH)2) were grown on three-dimensional porous NF by a facile solvothermal method with �� = 1, 3 and 5. Homogeneous microplate structure on the NF was clearly observed for the Ni(OH)2/NF and ��Te-Ni(OH)2/NF samples. However, irregular and collapsed nanostructures were found on the surface of nickel foam when Te precursor ratio is (��) over 3. Electrocatalytic OER properties were analysed by Linear sweep voltammetry (LSV) and Electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The amount of Te incorporation used in the electrocatalytic reaction was found to play a crucial role in improving catalytic activity. The optimum Te amount (��) introduced into the Ni(OH)2/NF was discussed with respect to their OER performance.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.45-54
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• 1996

PdOx 전극, Pd전극에서의 전기화학적 수소산화반응 특성을 30% KOH용액에서 온도와 수소농도를 변화시키면서 조사하였다. PdOx전극에서는 -0.8~-0.5V(vs. Hg/HgO)에서 전극 표면에 흡착된 수소의 산화반응이 주로 나타났고, Pd전극에서는 전극 표면에 흡착된 수소의 산화반응 뿐만 아니라 -0.5~0.0V(vs. Hg/HgO)에서 Pd과 수소가 직접 반응하여 형성된 금속수소화물이 산화되는 반응이 나타냈다. 두 전극 모두 수소농도의 증가에 따라 전하전달저항은 감소하였고, 교환전류는 증가하였다. PdOx 전극과 Pd전극의 경우 전달계수는 각각 0.78과 0.72로 Pd전극에서의 반응성이 우수하였다. 활성화에너지는 과전압이 증가할때 감소하였으며 PdOx 전극인 경우 23.9~20.3 KJ/mole, Pd전극인 경우 7.2~3.0KJ/mole로 나타났다.

• 공업화학
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• 제8권6호
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• pp.1022-1028
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• 1997

본 연구에서는 1M $LiClO_4/PC$ 유기 용액 중에 존재하는 리튬 이온의 층간 반응에 의하여 전기 발색 현상을 나타내는 전자-선 증발법으로 제조된 비정질의 텅스텐 산화물 박막과 전해질 계면에서의 전기화학적 특성들을 연구하기 위하여 음극 Tafel 분극법, 순환 전류-전위법 및 전기량 적정법 등의 전기화학 측정법과 X선 회절 분석법을 이용한 박막의 결정 상태 조사 등이 수행되었다. 특히 다중 순환 전류-전위 곡선으로부터 리튬 이온의 층간 반응은 발색 반응에 대한 인가 과전압이 약 1.0V 이내에서는 안정된 소 발색의 가역적 현상을 나타내었으나, 발색 반응에 대한 인가 과전압이 1.5V일 때는 발색 시 삽입된 박막 내부의 리튬이 소색 시 완전히 빠져 나오지 못하여, 박막 내부에 리튬이 축적되는 현상을 나타내었으며, 적은 순환 횟수임에도 불구하고 소 발색의 전류 밀도가 감소되는 것이 조사되어 발색에 필요한 인가 과전압의 한계가 존재함을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권4호
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• pp.113-117
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• 2016

수소를 생산하는 방법 중 하나로, 광전기화학적(photoelectrochemical; PEC) 물 분해 시스템은 높은 이론적 효율을 가진 친환경적이고 경제적인 방법이다. 광전극으로서 질화갈륨(gallium nitride; GaN)은 내화학성이 좋고 밴드갭이 물의 산화환원준위($V_{redox}=1.23$ V vs. SHE)를 포함하여 외부 전압 없이 수소를 생산할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다. 그러나 이때 발생하는 높은 산소 발생 과전압은 시스템의 반응 효율을 저하시킨다. 산소 발생 과전압을 줄이기 위한 방법으로 광전극에 조촉매를 이용하는 방법이 많이 알려져 있다. 본 연구에서는 GaN 광전극에 입자 형태의 이산화망간(manganese dioxide; $MnO_2$)을 조촉매로 도입하여 PEC 시스템의 특성을 분석하고자 한다. $MnO_2$가 광전극에 잘 형성되었는지를 확인하기 위하여 표면분석을 수행하였고, potentiostat(PARSTAT4000)을 이용해 PEC 특성을 분석해 평가하였다. $MnO_2$가 코팅됨에 따라 flat-band potential($V_{fb}$)과 onset voltage($V_{onset}$)가 각각 음의 방향으로 0.195 V, 0.116 V 이동하는 것이 확인되었다. 광전류밀도 값에 대해서도 $MnO_2$ 코팅 샘플이 더 높게 나타나며, 시간에 따른 광전류의 저하도 개선되었다. 이로부터 $MnO_2$이 조촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, PEC 시스템 전반에 걸쳐 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.