• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제3권2호
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• pp.55-62
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• 1992

본 연구에서는 용융탄산염 연료전지의 각 구성요소에서 발생하는 분극현상을 조사하였다. 기준 전극을 부착한 단위전지를 제작하고 전류단락법을 이용하여 전지의 내부저항에 의한 전압손실 및 그이외의 과전압을 측정하였다. $150mA/cm^2$의 전류밀도에서 anode의 과전압은 60mV이하였으나 cathode의 과전압은 130mV 정도로 크게 나타났으며, 전지의 내부저항에 의한 과전압도 170mV정도로커서 cathode의 성능 개선 빛 내부저항의 감소가 필요함을 알았다. 박막 모델을 사용하여 전극의 과전압을 실험치와 근접하게 예측할 수 있었으며, 전극 전해질 계면의 면적 및 전해질 박막의 두께를 조절하여 과전압이 최소가 되도록 전극의 구조를 조절하는 것이 매우 중요함을 알 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제10권10호
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• pp.659-664
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• 2000

연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지를 개방하기 위해 연료극 지지체와 전해질이 코팅된 연료극 원통관의 제조 및 그것의 특성에 대해 연구하였다- 연료극 지지체는 20-50vol.%의 탄소함량에 따라 만들어졌으며, 탄소량이 증가함에 따라 연 료극 지지체의 기공율도 점차 증가하였으며, 적절한 기공율을 가지기 위한 최적 탄소량은 30vol.%임을 확인하였다. 연료극 지지체 관은 압출법으로 제작하였으며, 전해질은 슬러리 코팅법으로 원통판의 바깥쪽에 코팅하였고, $1400^{\circ}C$에서 공소결을 성공적으로 실시하였다. 소결후 물리척특성과 미세구조를 조사하였으며, 연료극 지지체관의 기공율은 35%이었고 연료전지의 요구조건을 만족하였다. 기체투과율 시험을 통하여, 연료극 지지체관 자체는 충분히 다공성을 나타내었으나, 전해질층을 코팅한 경우에는 매우 낮은 기체부과율을 나타냄을 확인하였다. 이것은 코팅된 전해질층이 매우 치밀하다는 것을 의미하며, 본 연구를 통해서 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지가 제조될 수 있음을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.30-36
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• 2019

본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 $H_3PO_4$의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.

• 청정기술
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• 제16권4호
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• pp.292-296
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• 2010

황화납(PbS)을 감응물질로 하는 양자점 감응형 태양전지를 제작하고 효율을 측정해 보았다. 기판에 산화아연(ZnO) 나노선을 기른 후 SILAR(Successive ionic layer adsorption and reaction)법으로 PbS 양자점을 합성하고 이를 주사전자현미경(SEM), X-선 회절(XRD)을 통해 확인하였다. SILAR를 통해서 형성된 나노이종구조는 PbS 나노입자들이 ZnO 나노선 위에 균일하게 성장한 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 PbS을 이용한 양자점 감응형 태양전지의 최고 효율은 one sun에서 0.075%로 나타났으며, 이는 기존의 다른 감응 물질에 비해 비교적 낮은 효율을 나타내었다. 이러한 요인으로는 i) ZnO와 PbS의 밴드갭 배열이 Type-I 형을 이룰 수 있는 가능성, ii) 다양한 크기의 밴드갭을 가지는 PbS에 의한 전자이동 방해 효과, iii) 전해질에 의한 PbS의 안정성 저하 등의 이유를 생각해 볼 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 PbS의 크기분포 조절과 새로운 전해질에 대한 연구가 향후 필요할 것으로 생각된다.

• Composites Research
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• 제20권2호
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• pp.10-16
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• 2007

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)용 복합소재 분리판의 제작을 위해, 예비성형과 스탬핑 공정으로 이루어지는 2단계 제조공법을 개발하고 예비성형 조건이 소재의 물성에 미치는 영향을 고찰하였다. 예비성형체는 팽창흑연, 흑연분말, 페놀수지를 이용하여 제조되었으며, 예비성형 공정은 전기 전도도, 굽힘 강도와 미세 구조의 분석을 통해 최적화되었다. 예비성형은 페놀수지의 지나친 경화를 막기 위해 페놀 분말의 녹는점인 $90^{\circ}C$보다 약간 높은 $100^{\circ}C$에서 이루어졌다. 본 연구에서 개발된 예비성형체는 팽창흑연의 서로 잘 얽히는 성질로 인해 0.07-0.28MPa의 낮은 압력에서도 쉽게 제조되었다. 부족하거나 과도한 예비경화는 복합소재 분리판의 강도 저하를 야기하기 때문에, 예비성형체를 안정적으로 제조하기 위한 예비성형 시간은 5분으로 결정되었다.

• 구강회복응용과학지
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• 제25권2호
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• pp.183-190
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• 2009

본 연구의 목적은 NaF와 $H_3PO_4$를 사용하여 양극산화과정을 통해 나노튜브 제작 조건을 찾는 것이다. 절삭된 직경 15 mm, 두께 1.5 mm의 티타늄 디스크를 양극에, 백금을 음극에 연결하고 전극간의 거리는 10 mm가 되도록 하였다. $H_3PO_4$와 NaF 용액을 전해질로 하여 양극산화를 시행하였는데 전압, 전해질 농도, 산화시간을 달리하여 티타늄 디스크에 나노튜브를 형성하였다. 양극산화 후 24시간 동안 증류수로 세척한 후 24시간 동안 $40^{\circ}C$ 오븐에서 건조하고 시편의 표면구조 형상을 관찰 분석하였다. 실험 결과 0.5 wt % NaF에서 전압과 시간이 증가함에 따라 pore 형태의 초기 나노튜브 형성되었다. 1.0 wt % NaF에서 20 V, 20 분과 25 분에서 나노튜브가 생성되었고, 30 V에서 튜브의 형태가 커지면서 터지는 양상을 보였다. 2.0 wt % NaF에서 전압과 시간에 상관없이 적절한 나노튜브형태가 형성되지 않았다. $1M\;H_3PO_4$, 1.0 wt % NaF 전해용액, 20 V, 20분 양극산화 조건에서 티타늄 디스크 상에 가장 잘 정렬된 형태의 나노튜브 구조가 형성되었다. 양호한 형태의 나노튜브 형성을 위해서는 전해질의 종류에 따라 적절한 농도, 전압, 시간의 형성조건이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• 전기화학회지
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• 제10권3호
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• pp.213-218
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• 2007

리튬/유황 전지에 적합한 전해질을 조사하기 위하여, 여러 종류의 글라임(glyme)계 가소제를 넣은 폴리비닐리덴플로라이드(poly(vinylidene fluoride):PVdF) 겔 고분자 전해질을 제조하여 전기화학적 특성을 실험하였다. 가소제는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide; EO) 구조를 가지는 glyme계 유기용매 중에서, EO의 체인 길이가 다른 트리글라임(triglyme), 테트라글라임(tetraglyme), 폴리글라임(polyglyme (Mn=250, 500))의 네 종류를 사용하였다. 가소제 내의 EO의 체인 길이가 길어질수록 PVdF 겔 고분자 전해질의 이온전도도는 감소하였다. PVdF 겔 고분자 전해질의 가소제로 triglyme을 사용한 경우의 이온전도도가 $5.38{\times}10^{-4}\;S/cm$로 가장 높았으며, polyglyme(Mn=500)를 사용한 경우에는 $2.80{\times}10^{-4}\;S/cm$으로 가장 낮았다. 그러나 계면저항은 tetraglyme을 사용한 경우에 가장 낮게 나타났으며, 이 전해질을 리튬/유황 전지에 적용하였을 때 1232 mAh/g-S(이론용량의 70%)의 높은 초기 방전 용량을 나타내었다.

• 멤브레인
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• 제16권3호
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• pp.221-229
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• 2006

본 연구는 불소관능기인 perfluorocyclobutane (PFCB), fluorenyl, sulfonyl계 방향족 화합물을 동시에 포함하는 술폰화된 랜덤 고분자 전해질 막의 제조 및 그 특성에 관한 것이다. 이러한 고분자 전해질 막은 세단계의 합성, 즉 trifluorovinyloxy그룹을 양말단에 포함하는 단량체의 합성, 중부가반응 형태의 열중합, 그리고 chlorosulfonic acid를 이용한 후술폰화를 통하여 얻어졌다. 후술폰화 반응은 고분자 내에 포함된 fluorenyl기의 함량에 따라 일정한 몰비의 술폰화제 비율로 고정하여 진행되었으며, 이에 따라 다양한 이온교환 능력(IEC)을 가지는 고분자를 쉽게 합성할 수 있었다. 제조된 단량체 및 고분자들의 구조와 순도는 각각 FT-IR과 NMR 그리고 질량분석기를 통하여 확인되었다. 술폰화된 fluorenyl기가 많아질수록 술폰화도와 이온교환 능력이 증가하는 것을 확인할 수 있었고 그에 따른 함수율도 역시 증가하는 거동을 보였다. 술폰화된 고분자들의 이온전도도를 측정한 결과 술폰화도가 증가할수록 이온 전도도가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다, 이렇게 제조된 전해질막 중 S-1과 S-2의 경우 다양한 온도범위($25{\sim}80^{\circ}C$)에서 상용 전해질막인 Nafion-115를 능가하는 우수한 이온전도도를 나타냈다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권1호
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• pp.184-188
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• 2008

본 연구는 산도 변화에 따라 색이 빠르게 변하는 특성을 가지고는 있는 반응성 염료(1,3-bisdicyanovinylindane)를 이용하여 신속하고 정확한 산성가스 검출을 위한 화학적 센서 제작을 위한 방법을 제안하였다. 반응성 염료(1,3-bisdicyanovinylindane)는 산성 상태에서 염료와 양성자의 해리되어 흡광도의 변화를 이용하면 손쉽게 미세화학센서를 제작 할 수 있었다. 또한, 반응성 염료는 수용액 상태에서 매우 안정적인 음전하를 지니고 있어 양전하를 지니는 고분자 전해질과 쉽게 layer-by-layer(LBL) 방법을 이용하여 다층 박막 구조를 쉽게 구현할 수 있었다. 먼저, 마이크로스탬프 위에 비반응성 염료와 양전하 고분자 전해질을 적층하여 다층박막을 형성한 후 센서기판에 프린팅한다. 이후 지시염료와 양전하 고분자 전해질을 다시 적층하여 최종 가스센서를 구현한다. 고안된 가스 센서는 산성가스와 반응을 통해 사용자에게 주의를 유도하는 해골 모양을 표현하여 실제 응용성을 보여주었다. 제시된 산성가스 감지센서는 첫째로 제작 과정이 매우 단순하며 저비용이고 둘째로 완성된 감지센서는 환원 과정을 통해 여러번 재사용될 수 있으며 마지막으로 센서 제작 공정이 매우 단순하며 수용액을 기반으로 하는 환경친화적 방법이다.