• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.187-190
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• 2012

고분자전해질연료전지(PEMFC)에서 음극 공기에 의한 이온오염은 막전극 합체(MEA)의 성능을 심각하게 열화시킨다. 본 연구에서는 산업단지, 길가, 해변의 공기 중 이온 농도를 측정하였다. 이들 지역에서 $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$와 $Fe^{3+}$ 이온 농도가 비교적 높았다. 가습수로부터 이들 이온이 cathode에 유입되어 MEA 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 수돗물을 가습수로 사용해 170시간 운전한 후 MEA 성능이 초기의 11%로 감소하였다. 이들 오염 이온들이 수소이온보다 전해질 막의 슬폰산기와 친화력이 더 강해 전해질 막에 쉽게 이온 교환된 결과다. MEA 중에서 전극/막 계면에서 이온 오염이 MEA 성능저하에 미치는 영향이 제일 컸다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권1호
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• pp.6-10
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• 2016

최근까지 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 열화연구는 대부분 단위전지에서 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC의 구동과 열화는 PEMFC 스택에서 이루어진다. 그래서 본 연구에서는 스택에서 열화가속 시험을 진행하여 단위전지의 결과와 비교하였다. 여러 종류의 열화 가속 시험 중에서 전기화학적 열화와 기계적 열화를 반복해 고분자전해질 막을 열화시키는 방법을 사용했다. 312시간 동안 전해질막을 열화시킨 후 0.6V에서 전류밀도는 스택과 단위전지에서 각각 28.4%, 27.8% 감소했다. 수소 투과 전류밀도는 스택은 16.8% 단위전지는 15.2% 증가했다. 스택과 단위전지에서의 열화 가속 시험 결과가 비슷해 단위전지의 가속 시험 방법을 스택에 적용해도 됨을 확인하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.258-265
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• 2006

풍력, 태양광, 연료전지와 같은 신 재생 에너지에 관한 연구가 활발해 지면서 컨버터, 인버터와 같은 PCS (Power Conditioning System)의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 부하에 따라 가변되는 저전압, 대전류, 출력특성을 갖는 연료전지 발전 시스템에서는 PCS의 연구 및 개발이 어려운 실정이다. 본 논문에서는 연료전지를 이용한 발전시스템에 알맞은 능동 클램프 sepic-flyback 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 중간 탭 변압기를 이용하여 sepic, flyback 컨버터를 결합한 구조를 가진다. 변압기를 이용하는 종래의 토폴로지에 비해 변압기 이용률을 높일 수 있고, 변압기의 변환 비 및 파워 스위치 소자의 수를 줄일 수 있으며, 고효율 운전특성을 갖는다. 본 논문에서는 시뮬레이션과 실험을 통하여 컨버터의 동작특성을 비교 분석하였으며, PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)을 이용하여 제안된 컨버터의 타당성을 검증하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.60-68
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• 2011

[ $ZrO_2-TiO_2$ ]binary oxides with various Zr:Ti molar ratios were prepared by sol-gel method and Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membranes were fabricated for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) at high temperature and low humidity. Water uptake, Ion exchange capacity (IEC), and proton conductivity of Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membranes were characterized and these composite membranes were tested in a single cell at $120^{\circ}C$ with various relative humidity (R.H.) conditions. The obtained results were compared with the unmodified membranes (Nafion$^{(R)}$ 112 and Recast Nafion$^{(R)}$). A Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membrane with 1:3 of Zr:Ti molar ratio showed the highest performance. The performance showed 500 mW/$cm^2$ (0.499V) at $120^{\circ}C$, 50% R. H., and 2 atm.

• 폴리머
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• 제34권1호
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• pp.45-51
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• 2010

본 연구는 직접메탄을 연료전지에 적용하기 위하여 poly(vinyl alcohol)를 주쇄부로 하여 poly(acrylic acid-co-maleic acid)(PAM)와 [3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid](THS-PSA)를 도입하여 열 가교된 막을 제조하였다. 제조된 막의 특성화를 평가하기 위하여 FT-IR, 열 중량분석, 함수율, 이온교환용량, 이온전도도, 메탄올 투과도 등의 측정을 실시하여 Nafion 115와 비교하였다. 제조된 막의 이온교환용량은 Nafion 115의 0.91 meq./g membrane보다 향상된 1.6~1.8 meq./g membrane을 얻었다. 또한, 이온전도도의 경우 THS-PSA을 도입하여 Nafion 115($0.024\;S{\cdot}cm^{-1}$)보다 우수한 $0.042{\sim}0.056\;S{\cdot}cm^{-1}$을 얻을 수 있었으며, 가교온도에 의하여 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 또한, 메탄올투과도의 경우 PAM과 THS-PSA의 도입으로 인하여 이온교환용량 및 이온전도도가 증가한 반면에 메탄올투과도는 모든 막의 경우 Nafion 115의 경우보다 높은 메탄올투과도를 나타냄을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권5호
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• pp.770-777
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• 2009

The energy depletion and the environmental pollution like global warming are worldwide issues. For correcting these problems there are many studies on new-renewable energy in Korea. A kind of new-renewable energy, PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is a low temperature fuell cell and there are some cases of small craft or submarine adopted PEMFC system in maritime. PEMFC's performance is affected the operating conditions. Finding optimum operating conditions must be performed before adopting PEMFC to system. So in this study, we experiment about various operating conditions to apply 150W PEMFC stack for a model boat. And through the results, we find optimum operating conditions and study an effect of operating conditions to PEMFC.

• 멤브레인
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• 제21권4호
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• pp.389-397
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• 2011

본 연구에서는 용액 캐스팅법을 이용하여 각기 다른 함량의 VMT가 첨가된 SPAES/VMT 복합막이 제조되었다. SPAES 매트릭스 내의 VMT입자 분산은 전자주사현미경으로 관찰된 평균분포에 의해 확인되었다. 1 wt%보다 적은 함량을 포함한 복합막은 고분자 매트릭스 내에 좋은 분산성을 나타내어 막의 상부층과 하부층에 매끈한 표면을 가졌다. 복합막의 함수율은 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가되었으며 VMT는 높은 이온교환능력으로 인하여 강한 수분친화도를 가짐으로 인해 높은 모든 흡착된 수분은 bound water인 것으로 확인하였다. VMT의 함량이 1 wt%보다 적게 첨가된 복합막에서 증가된 이온전도도와 낮아진 메탄올 투과도를 확인할 수 있었다. 모든 복합막 중에서 SPAES/VMT 1.0 wt% 복합막은 선택도 측면에서 가장 뛰어난 연료전지 성능을 가졌으며 Nafion 112과 비교하여 두배 이상 우수한 값을 나타내었다. 이것은 SPAES/VMT 1.0 wt% 복합막이 직접메탄올 연료전지의 구동을 위한 가장 우수한 조건이 될것이라 사료된다.

• 멤브레인
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• 제15권1호
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• pp.1-7
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• 2005

Sulfunated poly(ether ether ketone) (SPEEK) (60%)와 Poly(ether sulfone) (PES) (40%)의 블렌드에 다양한 종류의 polysilsesquioxane (PSQ)구를 첨가하여 전해질 막을 제조하였다. 이 때 PSQ구의 양은 10 wt%로 고정하였다. 제조된 막을 사용하여 PSQ 구의 종류에 따른 메탄올 투과도, 수소 이온 전도도, 그리고 이온 교환 용량의 변화를 측정한 결과 모든 경우에 있어서 수소 이온 전도도와 메탄올 투과도가 Nafion 117보다 낮았으며 PSQ 구를 함유하지 않은 SPEEK/PES(6:4) 블렌드보다는 높았다. 특히, MS64구와 VTMOS구를 포함한 전해질 막의 경우에는 수소 이온 전도도와 메탄올 투과도의 비로 나타내는 선택도가 25℃에서 Nafion 117보다 2배 이상 높았다.

• 플랜트 저널
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• 제10권3호
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• pp.45-51
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• 2014

본 연구에서는 기존 가정용연료전지에서 활용이 미약한 중저온의 배열을 건물난방부하에 적용할 수 있도록 온도 안정화 장치를 개발하였으며 이 장치가 기존 난방설비와 연계가 가능하도록 제어시스템을 구축하였다. 연료전지 시스템의 정상작동을 위해서는 연료전지로부터 배출되는 온수의 공급온도가 $60^{\circ}C$이어야 하고 다시 연료전지로 회수되는 작동 유체의 환수온도는 항상 $55^{\circ}C$로 유지하여야 한다. 본고에서는 먼저 스택배열 활용을 극대화하기 위해 CFD 분석을 통해 소형열교환기와 기존 난방설비배관과의 최적 연계장치시스템을 구성하였다. 또한 계절별 난방 수온의 불규칙한 온도변화에 대응하기 위해서 연료전지 스택의 열원과 아파트세대 난방용 환수관을 연결한 온도자동조절 밸브를 사용하여 온도안정화 장치를 개발하였다. 소형열교환기와 통합 활용할 수 있도록 설정된 온수의 온도가 편차 ${\pm}0.5^{\circ}C$ 이내에서 유지되도록 하였다. 이 연구결과를 통해 연료전지인 PEMFC의 배열을 건물난방부하에 활용이 추후 가능할 것으로 예상된다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권1호
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• pp.61-68
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• 2017

Electrochemical conversion of $CO_2$ and production of $H_2$ were attempted on a three-dimensionally ordered, porous metal organic framework (MOF-74) in which transition metals (Co, Ni, and Zn) were impregnated. A lab-scale proton exchange membrane-based electrolyzer was fabricated and used for the reduction of $CO_2$. Real-time gas chromatography enabled the instantaneous measurement of the amount of carbon monoxide and hydrogen produced. Comprehensive calculations, based on electrochemical measurements and gaseous product analysis, presented a time-dependent selectivity of the produced gases. M-MOF-74 samples with different central metals were successfully obtained because of the simple synthetic process. It was revealed that Co- and Ni-MOF-74 selectively produce hydrogen gas, while Zn-MOF-74 successfully generates a mixture of carbon monoxide and hydrogen. The results indicated that M-MOF-74 can be used as an electrocatalyst to selectively convert $CO_2$ into useful chemicals.