고분자전해질형 연료전지에서는 수소이온의 이온전도성 저하를 방지하기 위하여 외부에서 가습하여 주는 방식이 일반적이지만, 가습에 소요되는 부품을 일부라도 제거할 경우 연료전지의 효율은 높이고 제작단가도 경감할 수 있다. 이를 위하여 저가습 및 무가습 실험을 수행하였으며, 정확한 data의 수집과 시험장비의 자동제어를 위하여 National Instrument사의 compact field point (cFP)를 사용하였다. Humidifier와 heater의 온도를 조절하여 공급유체의 상대습도 및 온도를 각각 조절하였으며, 이에 필요한 이론적 온도는 Antoine equation 을 사용하여 산정하였다. Anode와 cathode 양측 $100\%$ 가습 경우를 기준으로 가습량을 조절하면서 실험을 수행하였으며 성능 차이를 그래프로 도시하여 양측의 변화에 대한 영향을 볼수 있도록 하였다. Stack의 온도가 $70^{\circ}C$이고 양측 무가습일 경우에 성능 측정이 어려워서 stack의 온도를 저온에서부터 변화시키면서 무가습 성능을 실시간으로 측정하여 보았다. 일반적으로 hydronium ion은 anode측에서 cathode측으로 계속 이동하여야 전기를 생성할 수 있으므로 cathode측 무가습이 anode측 무가습보다 성능이 더 잘 나오는 것으로 예측하였으나 이와 반대되는 경향의 실험 결과를 얻었다. 양측 무가습의 경우에는 공기 중의 상대습도와 back diffusion 등에 영향을 받을 수 있으므로 각종 변수들의 영향을 분리하여 관찰할 수 있는 실험을 수행 중에 있다.

Fuel cell systems are consisted of various parts, for example fuel cell stack, fuel supplier, electrical converters, controllers and so on. Each components of system should have appropriate specification for their applications as well as simplicity. Because thermal load can be managed simply by using fans without any water cooling system, the air-cooled PEMFC is widely used in sub kW and around 1kW systems. The performance of an air-cooled system is highly dependent on ambient temperature and humidity. In this paper, the air-cooled PEMFC systems are developed and investigated to study the operating characteristics in the aspect of the thermal and water coupled management by the control of the axial fans and compressors. Various experiments were also conducted to get the cell voltage distribution, the relative humidity of the reactant gas and the thermal management by axial cooling fans, which cannot be observed in single cell experiment. After then, as practical applications, portable fuel cell system and a hybrid electric cart were successfully integrated and operated by using this air-cooled stack.

미래의 친환경 에너지인 수소에너지 생산을 위해서 생물학적인 수소생산방법에 관한 관심이 증폭되고 있다. 생물학적인 수소생산 방법에는 여러 가지가 있으나 그중 유기물을 혐기발효하여 수소를 생산하는 방법에 관한 연구가 수행되었다. 본 연구에서 혐기성 미생물인 Enterobacter asburiae SNU-1이 쓰레기 매립지 토양에서 분리되어 수소생산 조건의 최적화 실험을 수행하였다. 본 실험에 이용된 미생물의 경우는 기존에 연구 된 적이 없는 새로운 종으로써 다른 미생물과는 다른 특징을 나타내며 수소생산 능력도 뛰어난 것을 알 수 있었다. 미생물을 이용한 수소생산에 영향을 미치는 인자로는 pH, initial glucose concentration 등이 있으며 각각의 조건에서 수소생산량을 비교하였다. 실험 결과 strain SNU-1의 최적 pH는 7이었으며 최적 initial glucose concentration은 25 g/1이다 이와 같은 최적 조건에서 strain SNU-1은 6.87 mmol/l/hr의 productivity를 나타내었다. 또한 다른 미생물과 달리 미생물이 더 이상 자라지 않는 정지기에서 더 많은 수소생산량을 나타내는 특이한 거동을 보이는 것이 관찰되었다.

본 연구는 기 개발 완료된 천연가스차량용 200bar급 Type 3 복합재 압력용기를 개발로 축척된 핵심요소기술과 실질적인 경험을 바탕으로 수소연료전지 차량에 탑재할 350bar급 Type 3 복합재 압력용기에 대한 설계/해석과 시험평가의 핵심적인 사항을 고찰하였다. 설계/해석에는 350bar급 Type 3 복합재 압력용기에 대한 3차원 비선형 유한요소 모델링 및 해석기법이 제시되었고, 설계된 라이너형상과 와인딩 패턴을 이용하여 필라멘트 와인딩 공법으로 1차시제품을 제작하였다. 제작된 시제품에 대하여 파열시험 및 반복피로시험을 수행하여 설계/해석 기법의 타당성을 검증하였다.

A series of inorganic-organic hybrid membranes were prepared with a systematic variation of titanium dioxidenanoparticles content. Their water uptake, methanol permeability and proton conductivity as a function of inoranic oxide content were investigated. The results obtained show that the inorganic oxide network decreases the proton conductivity and water swelling. It is also found that increase In inorganic oxide content leads to decrease of methanol permeability. In terms of the morphology, membranes are homogeneous and exhibit a good adhesion between inorganic domains and the polymer matrix. The properties of the composite membranes are compared with the standard nafion membrane.

고정식 연료전지 발전시스템 설치 시 고려해야 할 잠재적 위험성과 설치 방법상의 문제점을 도출하고 그에 대한 해결책을 제시함으로써 운전시의 안전성을 확보하는데 본 연구의 목적이 있다. 연구 대상은 가정용 고정식 고분자 연료전지 발전시스템으로 실증 연구 중에 있는 FCP(Fuel Cell Power)의 1kW급 연료전지 시스템으로 하였다. 본 연구를 위해 위험 요소를 파악하고 위험 요소를 제거하기 위해 필요한 설치 시 요구사항을 도출하여 실제 설치 시에 적용함으로써 신뢰성과 적용 용이성을 확인하였다. 본 연구를 통해 가정용 고정식 연료전지 발전시스템의 설치 시 고려해야 할 요소들을 찾아낼 수 있었고 위험 요소를 제거하여 설치 안전성을 확보할 수 있었다.

[ $Pt/CeO_2$ ] 촉매에 Zr을 첨가하여 우수한 저온 수성가스전화반응의 활성을 가진 촉매를 만들었다. $Pt/ZrO_2-CeO_2$ 촉매는 $Pt/ZrO_2$나 $Pt/CeO_2$ 촉매에 비해 Ce와 Zr의 상호작용에 의한 시너지 효과로 인해 CO chemisorption으로 측정한 Pt area가 증가하고 담체에 Pt가 잘 분산되었다. 또한, Zr이 첨가된 $Pt/CeO_2$는 Ce의 redox 능력을 향상시켜 support의 reducibility를 향상시켰다. 담체에 고르게 잘 분산되고 support의 산소저장능력과 reducibility가 향상된 $3\;wt\%\;Pt/ZrO_2-CeO_2$ 촉매들은 반응물에 수소와 이산화탄소의 첨가 유무와 상관없이 $3\;wt\%\;Pt/ZrO_2$나 $3\;wt\%\;Pt/CeO_2$ 촉매보다 우수한 활성을 보였다.

In order to find out rational design and synthetic strategies toward efficient hydrogen storage materials, we performed quantum mechanical calculations on a series of the Metal-Organic Frameworks (MOFs) containing functionalized organic linkers. Based on the shape of frontier orbitals and the electrostatic potential map of various MOFs from density functional theory calculations, it was found that the delocalization of electron and asymmetric polarization of the organic linker play an important role in the hydrogen storage capacity of Metal-Organic Frameworks. The prediction of the modeling study could be supported by the hydrogen adsorption experiments using MOF-5 and amine substituted MOF-5, which showed more enhanced hydrogen storage capacity of amine substituted MOF-5 compared with that of MOF-5.

Amorphous $MgNi_{1-x}Ti_x$ alloys with the composition of x=0.02, 0.03, 0.05 and 0.07 were synthesized by mechanical alloying. The synthesized alloys were investigated by electrochemical test, XRD and SEM. As increasing Ti concentration, the initial discharge capacity was raised more than that of nanocrystalline Mg-Ni 289 mAh/g, but the electrodes were degraded faster. Comparing to other synthesized alloys, $MgNi_{0.95}Ti_{0.05}$ alloy showed the highest initial discharged capacity 474 mAh/g and maintained $54\%$ of the initial capacity after 10 cycles.

펄스 도금 조건이 Co 도금층의 미세 구조 및 알칼리 $NaBH_4$ 용액의 수소발생특성에 미치는 영향을 조사하였다. 펄스 주기 및 최대전류밀도가 증가함에 따라 polyhedral 형상의 Co 결정립이 triangular형상으로 변화하였으며, 점차 결정립이 조대화 되어, 촉매 표면적이 감소하였다. 결국 알칼리 $NaBH_4$ 용액 내에서 가수분해반응에 참여하는 촉매 site가 감소하여 수소발생속도가 낮아졌다. 펄스도금시간이 증가함에 따라 Co 결정립의 크기가 점차 증가하여 촉매 표면적이 감소하였고, 가수분해반응에 참여하지 못하는 CO의 양이 증가하여 수소발생속도가 크게 감소하였다. 최대전류밀도 $0.1\;A/cm^2$, 펄스 주기 2 mS에서 10 s 동안 펄스 도금 시, $25^{\circ}C\;1\;wt.\%\;NaOH\;+\;10\;wt.\%\;NaBH_4$ 용액에서 $2140\;ml/min{\cdot}g-catalyst$의 높은 수소발생속도를 가지는 것으로 나타났다.

[ $Zn(BH_4)_2$ ] ($8.4\;wt\%$ theoretical hydrogen storage capacity) powders have been successfully synthesized by mechanochemical reaction from mixtures of $ZnCl_2$ and $NaBH_4$ powders in a 1:2 molar ratio in different times. $$ZnCl_2\;+\;2NaBH_4\rightarrow\;Zn(BH_4)_2\;+\;2NaCl\;(1)$$ $Zn(BH_4)_2$ powders were characterized by X-ray diffractometry(XRD), and Furier Transform Infrared spectrometry(FT-IR). The thermal stabilities of $Zn(BH_4)_2$ powders were studied by Differential scanning calorimetry(DSC), Thermogravimetry analysis(TGA), and Mass spectrometry(MS). $Zn(BH_4)_2$ can be tested for hydrogen evolution without further purification. The reaction to yield hydrogen is irreversible, the other products being compounds of Zn, and borane. $Zn(BH_4)_2$ thermally decomposes to release borane and hydrogen gas between about 85 and $150^{\circ}C$.

Effect of applying a DC voltage on the interfacial reaction at the metal to zirconia interface was investigated utilizing an oxygen ionic conductivity of partially stabilized zirconia. The joining of copper rod and zirconia tube was carried out in Ar gas atmosphere at $1000^{\circ}C$. There are two type of the joining. The one is the reaction bond consisting of copper and zirconia was dominated by surface reaction with a undetectable very thin layer. It was found that copper elements were diffused to zirconia side, but that Zr ions were not diffused to copper side. These results mean application of a DC voltage to migrate oxygen to the copper-zirconia interface can oxidize metal at the copper-zirconia interface and the bonding reaction between zirconia and copper oxide may occur. The other is the reaction bonding was dominated by interdiffusion with a very thick interface layer. This result mean application of a DC voltage can reduce zirconia at the interface. The bonding reaction is to be an alloying between Zr and Cu.