• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권4호
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• pp.441-445
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• 2009

고분자전해질 막의 전기화학적 열화에 미치는 온도의 영향에 대해 연구하였다. 가속 열화 조건(OCV, anode 무가습, cathode 65% RH)에서 셀 온도를 변화시켜 144시간 운전한 후 셀 성능은 12에서 35%까지 감소하였다. 이러한 성능 감소는 FER(Fluoride Emission Rate) 측정에서 알 수 있듯이 과산화수소 혹은 산소라디칼(${\cdot}OH$, $HO_2{\cdot}$)의 공격에 의한 막의 열화에 따른 것으로 라디칼 형성을 위한 가스 crossover의 증가를 가져왔다. 전극에서의 라디칼 생성은 ESR로 확인하였다. 고분자막 열화의 온도 의존성을 나타내는 Arrhenius plot에 얻어진 활성화 에너지 값은 66.2 kJ/mol이었다. 셀 작동온도 증가는 라디칼 형성속도와 라디칼이 막을 공격하는 반응 속도뿐 아니라 가스 crossover 속도도 증가시켜 막 열화를 가속화시켰다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.695-700
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• 2014

고분자전해질 연료전지로 물을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시킬 수 있다. 그러나 1.7V 이상의 높은 전압에서 수전해 반응이 일어나므로 전극과 고분자 전해질 막의 열화가 빠르게 진행된다. 수전해 과정에서 anode의 열화를 방지하기 위해 촉매로 지지체 없는 $IrO_2$를 보통 사용하는데 본 연구에서는 고분자전해질 연료전지용 Pt/C 촉매를 수전해 반응에 그대로 사용했을 때 전극과 막의 열화 현상을 분석하였다. 1.8~2.0 V 전압 범위에서 수전해 반응 후 고분자 전해질 연료전지 구동 조건에서 I-V, CV, 임피던스, LSV를 측정했다. 수전해 전압이 높을수록 전극과 막의 열화 속도가 증가하였다. 2.0 V에서 1분 동안 수전해 반응했을 때 수소 수율은 88%였고, 전극과 고분자 막이 열화되어 0.6 V에서 성능이 49% 감소하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권4호
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• pp.345-350
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• 2007

고분자전해질 연료전지를 OCV(open circuit voltage)나 저가습 조건하에서 운전하면 고분자전해질 막의 열화 (degradation)가 가속화된다. 그런데 왜 이러한 조건에서 막 열화가 심하게 되는지 명확히 규명한 연구결과들이 없다. 본 연구에서는 OCV/저가습 조건에서 운전 중 막의 수소 투과도, I-V 분극곡선 변화를 측정하고 응축수 내 불소이온 방출 속도(FER)와 셀 내 생성된 과산화수소 농도를 측정하였다. 그리고 기존의 과산화수소와 라디칼에 의한 고분자막 열화 메카니즘이 실험결과를 설명할 수 있는지 비교 검토하였다. OCV/저가습 조건에서 고분자 막 열화가 잘 되는 것은 건조한 anode의 Pt 촉매 상에서 Pt와 수소원자가 결합된 상태 즉 [PtH]로의 반응이 잘 일어나고 이 [PtH]가 OCV 조건에서는 $HO_2{\cdot}$를 형성할 수 있는 조건을 만족하기 때문으로 보인다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.217-222
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• 2022

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 고분자 막의 전기화학적 내구성을 가속적으로 평가하는 개회로 전위 유지(OCV holding) 과정에서 OCV 변화 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 내구성이 각기 다른 세 종류의 MEA(membrane electrode assembly)의 실험데이터를 이용한 실험식을 만들어 비교 및 검토하였다. 막 내부에 라디칼 제거제가 없는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 383 h, 막 내부에 라디칼 제거제가 있는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 각각 1,000, 1,650 h이었다. 고분자 막의 열화는 활성화에 의해 회복이 가능한 가역적 열화와 회복이 되지 않은 비가역적 열화로 구분했다. 고분자 막의 비가역적 열화는 수소투과도 증가로 나타나는데 수소투과도 변화가 세 MEA 모두 비가역적 열화 상수 c와 유사한 형태를 보였다. 회복이 되지 않은 비가역적 열화가 시작되는 것은 수소투과도 증가로 나타나고, 수소투과도 증가로 인해 OCV가 회복되지 않아서 OCV 회복선의 기울기가 감소하고 이를 실험식의 상수 c 값의 증가로 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.256-263
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• 2012

We studied the degradation phenomenon of Pt catalyst in PEMFC. We used the electron microscope analysis technique including the ultra-microtome pretreatment method, FEG-SEM and TEM analysis methods for analysis of Pt nanoparticles. The Pt catalyst degradation is observed not only in electrode site but also in membrane site. We investigated these various degradation phenomena. The cathode electrode layer thickness is reduced. The size of the catalyst is increased much larger than initial size in membrane site. The catalyst moved from electrode layer to the electrolyte membrane. The rounded shape of catalyst was changed to the polygon. As a result, we found that the catalyst degradation processes of migration and coarsening occurred by the followings mechanisms; (1) dissolution of Pt ; (2) diffusion of Pt ion ; (3) Pt ion chemical reduction in membrane; (4) Coarsening of Pt particles (Ostwald ripening) ; (5) polygon shape change of Pt by {111} plane growth.

• BMB Reports
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• 제33권6호
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• pp.448-453
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• 2000

In yeast the key gluconeogenic enzyme, fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase), is selectively targeted from the cytosol to the lysosome (vacuole) for degradation when glucose starved cells are replenished with glucose. The pathway for glucose induced FBPase degradation is unknown. To identify the receptor-mediated degradation pathway of FBPase, we investigated the presence of the FBPase receptor on the vacuolar membrane by cell fractionation experiments and binding assay using vid mutant (vacuolar import and degradation), which is defective in the glucose-induced degradation of FBPase. FBPase sedimented in the pellets from vid24-1 mutant after centrifugation at $15,000{\times}g$ for 15 min, suggesting that FBPase is associated with subcellular structures. Cell fractionation experiments revealed that FBPase is preferentially associated with the vacuole, but not with other organelles in vid24-1. FBPase enriched fractions that cofractionated with the vacuole were sensitive to proteinase K digestion, indicating that FBPase is peripherally associated with the vacuole. We developed an assay for the binding of FBPase to the vacuole. The assay revealed that FBPase bound to the vacuole with a Kd of $2.3{\times}10^6M$. The binding was saturable and specific. These results suggest that a receptor for FBPase degradation exists on the vacuolar membrane. It implies the existence of the receptor-mediated degradation pathway of FBPase by the lysosome.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.597-601
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• 2006

고분자 전해질 연료전지에서 산소라디칼(OH, $HO_2$)에 의한 나피온 고분자막의 열화를 연구하였다. 산소라디칼 형성을 위해 과산화수소(10-30％)와 황산암모늄철(1-4ppm)을 이용해 Fenton 용액을 제조하고, $80^{\circ}C$에서 막을 일정 시간 열화 하여 막의 특성 변화를 측정하였다. 열화 후 고분자 막의 C-F, S-O, C-O 결합이 산소 라디칼의 공격으로 끊어짐을 보였다. C-F 결합의 끊어짐으로 인해 막의 기계적 강도가 감소하고 pinhole이 발생했으며 이로 인해 수소가 막을 통과하는 양이 증가하였다. S-O와 C-O결합의 파괴로 전해질 막의 이온교환능력(IEC)이 감소함을 보였다. 30％ $H_2O_2$에 4 ppm $Fe^{2+}$이 첨가된 용액에서 48시간 열화시킨 막을 이용해 단위전지 성능을 측정한 결과 정상적인 막 성능의 약 1/2로 감소했다.

• 멤브레인
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• 제17권3호
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• pp.244-253
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• 2007

광촉매 반응이 자연유기물에 의한 나노여과막의 오염에 미치는 영향을 살펴보았다. 광촉매 분해공정은 자연유기물의 분해와 변형에 효율적이었으며 이산화티타늄과 고정화 비드를 광촉매로 사용하였다. 광촉매적 특성을 비교하기 위하여 칼슘 이온 존재 시의 휴민산의 광분해를 모델 반응으로 설정하였다. 광분해 전에는 치밀한 막오염층이 형성되어 막오염을 가속화시킨 반면, 광분해 후에는 막오염이 크게 감소하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권4호
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• pp.517-522
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• 2023

고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 공기와 수소를 공급하고 개회로전압 (OCV) 상태에서 가습/건조를 반복하는 고분자막의 화학적/기계적 내구성 평가법이 사용되고 있다. 이 프로토콜에서 가습/건조가 반복되면 전압 상승/감소가 반복되어 전극 열화도 발생한다. 막 내구성이 우수한 경우 전압 변화 횟수가 증가해, 전극 열화에 의해 평가가 종료되어 원래 목적인 막 내구성 평가를 할 수 없는 문제가 발생하기도 한다. 본 연구에서는 미국 에너지부 (DOE)와 동일한 프로토콜을 사용하되 cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하고 가습/건조시간과 유량도 증가시켜 막의 화학적/기계적 열화 속도를 증가시켜서 고분자막 내구 평가 시간을 단축시킴으로서 이와 같은 문제를 개선하고자 하였다. Nafion 211 막전극접합체(MEA) 내구성 평가를 공기 대신 산소를 사용해서 가속화도를 2.6배 증가시켜 2,300 사이클만에 평가 종료하였다. 본 프로토콜에 의해 고분자막도 가속 열화되고, 전극 촉매도 가속 열화되어 고분자막과 전극의 내구성을 동시에 평가할 수 있는 이점도 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.296-301
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• 2017

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated poly (ether ether ketone) (sPEEK) 막의 내구성을 증가시키기 위해 PI 지지체를 이용한 강화 막을 제조하였다. 단일(비강화) 막전극합체(MEA)와 강화막 MEA의 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. 그 결과, 강화 MEA가 단일 MEA에 비해 수소투과전류밀도가 낮으며, 내구성이 높음을 확인하였다. 특히 열화 후 강화 MEA에서는 단일 MEA에서 나타난 쇼트 현상이 나타나지 않았다.