• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.14-27
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• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.233-238
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• 1999

고분자 연료전지 (polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC)) 시스템은 연료전지 스택, 연료공급부, 공기공급부, 냉각부, 운전 제어부, 전자부하 및 데이터 획득부 그리고 인버터 등으로 구성된다. 이 가운데 가장 중요한 구성요소인 고분자 연료전지 스택의 성능은 전극과 전해질막 접합체의 성능뿐만 아니라 스택의 구조와 유로형상에도 크게 의존한다. 따라서 보다 고성능의 전해질막과 전극을 개발하고 소형화, 경량화가 가능한 스택의 구조와 유로형상을 찾는 것이 고분자 연료전지 스택의 개발에 있어 매우 중요하다.(중략)

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.715-720
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• 2010

본 논문은 고분자전해질막 연료전지의 공기 공급을 위해 전기침투현상에 기반을 둔 공기 공급 방법을 제안하고 이를 실험적으로 평가하였다. 작동 유체의 구동을 위해서 전기침투펌프를 낮은 주파수의 교류 전기장에서 사용하였다. 작동 유체는 유연한 막에 의해 막 밀봉하였고, 막의 움직임에 의해 연료전지 내로 공기를 공급하였다. 본 연구에서는 전기침투현상 기반 공기펌프를 사용하여 연료전지의 공기 공급을 성공적으로 설명하였다. 펌프의 출력은 연료전지에서 생성되는 출력을 초과하였지만, 본 논문에서는 펌프의 출력 당 연료전지의 출력비를 줄이기 위한 몇 가지 방법들에 대해 설명하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.153-156
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• 2012

본 논문에서는 연료전지의 성능향상 및 신뢰성 확보를 위한 연료전지 최적화 및 탑재화 연구를 수행하였다. 고분자 전해질막 연료전지의 성능 향상을 위한 실험은 연료전지에 부하를 걸어 발생되는 전류와 전압을 측정하여, 상용 연료전지 데이터와 비교 분석하였다. 이를 바탕으로 무인항공기 연료전지 탑재상태에서의 최적화를 위한 제어기를 제작하고, 제어 알고리즘 구성을 통해 연료전지를 탑재한 무인항공기의 최적의 성능유지를 위한 연구를 수행하였다.

• 한국고분자학회지:고분자과학과기술
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• 제15권5호
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• pp.550-561
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• 2004

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.330-334
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• 2005

고분자 전해질막 연료전지는 운전시 정상적인 성능을 발현하기 이해서 전지 본체 조립 후 초기 활성화 운전이 필요하다. 이러한 활성화 운전을 통해 전해질 사이의 수소이온이동 통로, 반응가스가 반응할 수 있는 촉매까지의 이동 통로, 촉매층내의 전기적 연속성을 확보함으로 연료전지는 최적의 성능을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 연료전지 활성화에 영향을 미치는 요인을 찾았고, 이를 통해 효과적이고 빠른 활성화 절차에 관한 연구를 수행하였다.

• 신재생에너지
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• 제1권2호
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• pp.34-40
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• 2005

고분자 전해질막 연료전지는 운전시 정상적인 성능을 발현하기 위해서 전지 본체 조립 후 초기 활성화 운전이 필요하다. 이러한 활성화 운전을 통해 전해질 사이의 수소이온이동 통로, 반응가스가 반응할 수 있는 촉매까지의 이동 통로, 촉매층내의 전기적 연속성을 확보함으로 연료전지는 최적의 성능을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 연료전지 활성화에 영향을 미치는 요인을 찾았고, 이를 통해 효과적이고 빠른 활성화 절차에 관한 연구를 수행하였다.

• 신재생에너지
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• 제2권4호
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• pp.46-55
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• 2006

본 연구는 불소그룹을 함유한 술폰화된 아릴렌에테르계 블록 공중합체 고분자 전해질막의 제조 및 연료전지 특성에 관한 것이다. 이러한 불소그룹을 함유한 술폰화된 아랄렌에테르계 블록 공중합체를 제조하기 위하여 양말단에 불소계 비닐기를 가지면서, 고분자 전환시 상온에서 술폰화 가능한 biphenyl계 단량체와 술폰화가 불가능한 sulfonyl계 단량체를 각각 합성하였다. Biphenyl계 단량체로 부터 올리고머를 합성한 후 sulfonyl계 단량체와 열적 고리화 부가중합을 하여 다양한 몰조성을 갖는 일련의 perfluorocyclobutane(PFCB)기를 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 제조된 블록 공중합체를 상온에서 술폰화제인 chlorosulfonic acid(CSA)를 이용하여 후술폰화시켜 강산 이온기인 sulfonic acid를 biphenyl계 올리고머 부분에 선택적으로 도입하였다. 이렇게 제조된 술폰화된 고분자를 제막한 후 연료전지 특성을 Nafion-115와 비교하였다. 술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율 증가에 따라 이온교환능력 (IEC)이 증가하였고 , 그에 따른 팽윤도 역시 증가하는 것을 보였다. 술폰화된 고분자들은 건조 및 습윤 상태에서도 기계적 강도가 우수하였다. 최적화된 술폰화 블록 고분자(S-2) 를 대상으로 membrane electrolyte assembly(MEA) 를 제조하여 연료전지 초기성능을 측정한 결과 Nafion-112와 유사한 전기화학적 성능을 나타내었다.

• 멤브레인
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• 제26권2호
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• pp.141-145
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• 2016

고분자전해질막은 전극 이외에 전기 화학 연료전지의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 고분자전해질막은 가스나 양성자 등의 작은 분자를 선택적으로 수송해야 한다. 고분자전해질막을 투과한 가스는 급속히 전기 화학적 환원을 발생시켜 음극 촉매의 열화를 유발하기 때문에 수소 장벽으로 작동해야 하며 가능한 한 빨리 양성자를 이동시켜야 한다. 지금까지 고분자전해질막의 수소 기체 투과도를 측정하는데 한정된 방법(예 : Constant volume/variable pressure (Time-lag)법)을 사용했다. 그러나 측정의 대부분은 고분자전해질막은 건조된 진공 하에서 이루어진다. 그렇지 않으면 얻어진 수소 투과도는 측정 오차가 커지는 원인이 되기 쉽다. 이 연구에서는 일반적으로 고분자전해질막으로 사용되는 Nafion212의 수소 가스 투과 특성을 온도와 습도가 동시에 제어되는 in-situ 측정 시스템을 이용하여 평가하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제29권4호
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• pp.594-598
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• 2012

고분자 전해질막 연료전지는 연료극의 연료와 공기극의 공기에 각각 $H_2S$와 $SO_2$이 포함되어 있을 때 그 성능이 심각하게 감소한다. 본 연구는 고분자전해질막 연료전지의 공기극과 연료극에 1 ppm에서 10 ppm의 불순물 가스를 공급하여 전기적 성능측정을 통해 복합적인 황불순물이 단위전지에 미치는 영향을 확인하였다. 최적의 운전조건에서 불순물가스를 피독하였을 때 $SO_2$와 $H_2S$의 농도가 증가할수록 성능이 급격히 감소하였다(단위전지 온도 $65^{\circ}C$, 상대습도 100%). 그리고 황의 흡착은 MEA의 백금 촉매층 표면서 일어나며, 불순물 가스가 MEA에 누적되는 것을 확인하였다. 1, 3, 5, 및 10 ppm 4회의 연속적인 피독 후 연료전지의 성능이 0.71 V에서 0.54 V(76 %)로 감소하였다.