• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.24 no.1
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• pp.7-12
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• 2021

In this study, we investigated the formation of the metal oxide nanostructure by anodization of aluminum 3104H18 alloy. The anodization was performed in pyrophosphoric acid (H4P2O7) electrolyte. By the control of anodization condition such as concentration of electrolyte, anodization temperature and applied voltage, nanoporous or nanofiber structures were obtained. The optimal anodization condition to form nanofiber structures are 75 wt% of H4P2O7 at 30 V and 20℃. When anodization was performed at over 40 V, nanoporous structures were formed due to accelerated dissolution reaction rate of nanofiber structures or increasing thickness of channel wall.

• Membrane Journal
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• v.30 no.6
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• pp.395-408
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• 2020

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have gained much attention as eco-friendly energy conversion devices without emission of environmental pollutant. Polymer electrolyte membrane (PEM) that can transfer proton from anode to cathode and also prevent fuel cross-over has been regarded as a key component of PEMFCs. Although perfluorinated polymer membranes such as Nafion® were already commercialized in PEMFCs, their high cost and toxic byproduct generated by degradation have still limited the wide spread of PEMFCs. To overcome these issues, development of hydrocarbon based PEMs have been studied. Incorporation of cross-linked structure into the hydrocarbon based PEM system has been reported to fabricate the PEMs showing both high proton conductivity and outstanding physicochemical stability. This study focused on the various cross-linking strategies to the preparation of cross-linked PEMs based on hydrocarbon polymers with ion conducting groups for application in PEMFCs.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2011.05a
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• pp.158-160
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• 2011

본 연구에서는 리튬 금속을 음극소재로 사용하기 위해 수지상 리튬의 성장을 억제하기 위한 지침을 얻기 위한 목적으로 TEM(Transmission Electron Microscope)과 임피던스를 주된 분석 수단으로 이용하여 2. 15 M LiBETI/ PC, 2.04 M $LiClO_4$/ PC 전해질은 1 M LiBETI/ PC, 1 M $LiClO_4$/ PC 전해질보다 얇고 치밀한 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 구조를 가지고, 클로로포름에 의해 SEI의 유기물이 녹아 두께가 얇아 졌다. 임피던스를 측정한 결과 두꺼운 두께를 가진 SEI는 저항이 더 크고, 클로로포름 처리 후에는 저항이 커진 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.22 no.2
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• pp.53-59
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• 2019

To examine the solution structure of electrolytes, it is very important to understand ion-ion and ion-solvent interactions. In this review, we introduce the basic principle of dielectric relaxation spectroscopy (DRS) and studies of electrolyte structure. DRS is a type of impedance method, which measures the dielectric properties of electrolytes over a high frequency domain at levels of tens of GHz. Therefore, DRS provides information on the different polar chemical species present in the electrolyte, including the type and concentration of free solvents and ion pairs with dipole moments. The information of DRS is complementary to the information of conventional analytical techniques (Infrared/Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), etc.) and thus enables a broad understanding of electrolyte structure.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.1-71.1
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• 2010

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 내의 기체확산층(GDL)은 셀 내의 물 관리에 중요한 역할을 수행한다. 일반적으로 다공성 기제(GDBL) 위에 미세기공층(MPL)을 코팅한 2층 구조의 기체확산층이 사용되는데, 이 미세기공층은 카본파우더와 테프론의 혼합물로 이루어져 있으며 촉매층에서 발생한 물을 셀 밖으로 빠르게 배출하는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 다양한 기공분포를 갖는 미세기공층을 제조하여 고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 미세기공층 슬러리내에 암모늄염 계열의 기공형성제를 혼합하여 다공성 기제 위에 코팅한 후 다양한 온도조건에서 건조함에 따라 기공분포가 다른 미세기공층을 제조하였다. 이렇게 제조된 미세기공층의 물성은 수은기공도계, FE-SEM, 자체적으로 제조한 기체투과도 측정 장치를 사용하여 측정하였으며, 단위 전지 성능 측정은 두 개의 가습조건(RH100%, RH50%)에서 실시하였다. 기공분포 측정결과 건조온도가 높은 미세기공층은 건조온도가 낮은 미세기공층에 비해 직경이 1,000 - 20,000 nm 인 대공극(macropore)의 수가 많지만, 직경이 100 nm 이하의 미세공 (micropore)의 수가 적은 것을 확인하였다. 전지성능 측정 결과 고가습 조건 (RH100%)에서는 미세공 (micropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 보여고, 저가습 조건 (RH50%)에서는 대공극 (macropore)이 발달한 미세기공층을 포함한 기체확산층을 사용한 경우 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이는 물배출에 유리한 미세공 (micropore)의 성질과 원료 기체의 이동에 유리한 대공극(macropore)의 성질에 의한 것으로 판단된다. 따라서 셀 운전 가습조건에 따라 최적화된 기공구조를 갖는 미세기공층을 사용함으로써 셀 운전 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• Membrane Journal
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• v.26 no.6
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• pp.432-448
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• 2016

In the last decade, various types of energy harvesting and conversion systems based on ion exchange membranes (IEMs) have been developed for eco-friendly power generation and energy-grid systems. In these membrane-based energy systems, high ion selectivity and conductivity properties of IEMs are critical parameters to improve efficiency of the systems such as proton exchange membrane fuel cells, anion exchange membrane fuel cells, redox flow batteries, water electrodialysis for hydrogen production, and reverse electrodialysis. This article suggests variable approaches to overcome trade-off limitation of polymeric membrane ion transport properties by reviewing various types of composite ion-exchange membranes including novel inorganic-organic nanocomposite membrane, surface modified membranes, cross-linked and pore-filled membranes.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.42 no.2 s.273
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• pp.117-122
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• 2005

Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) is a typical technology for thermal barrier coating with Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) on aero gas turbine engine. In this study EB-PVD method was used to fabricate dense YSZ film on NiO-YSZ as a electrolyte of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Dense YSZ films of -10 $\mu$m thickness showed nano surface structure depending on deposition temperature. Electrical conductivities of YSZ film and electric power density of the single cell were evaluated after screen- printing $LaSrCoO_3$ as a cathode.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.14 no.4
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• pp.2037-2042
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• 2013

A TCO-less palladium (Pd) catalytic layer on the glass substrate was assessed as the counter electrode (CE) in a dye sensitized solar cell (DSSC) to confirm the stability of Pd with the $I^-/I_3{^-}$electrolyte on the DSSC performance. A 90nm-thick Pd film was deposited by a thermal evaporator. Finally, DSSC devices of $0.45cm^2$ with glass/FTO/blocking layer/$TiO_2$/dye/electrolyte(10 mM LiI + 1 mM $I_2$ + 0.1 M $LiClO_4$ in acetonitrile solution)/Pd/glass structure was prepared. We investigated the microstructure and photovoltaic property at 1 and 12 hours after the sample preparation. The optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FESEM), cyclic voltammetry measurement (C-V), and current voltage (I-V) were employed to measure the microstructure and photovoltaic property evolution. Microstructure analysis showed that the corrosion by reaction between the Pd layer and the electrolyte occurred as time went by, which led the decrease of the catalytic activity and the efficiency. I-V result revealed that the energy conversion efficiency after 1 and 12 hours was 0.34% and 0.15%, respectively. Our results implied that we might employ the other non-$I^-/I_3{^-}$electrolyte or the other catalytic metal layers to guarantee the long term stability of the DSSC devices.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.133.2-133.2
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• 2010

현재 융융탄산염 연료전지의 공기극으로 다공성의 lithiated NiO를 사용하고 있는데 이 재료의 경우 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 첫 번째는 Ni이 전해질 내로 용해하는 것이고, 두 번째는 낮은 활성으로 인한 높은 공기극의 분극이다. Ni이 전해질로 용해되는 문제는 Co나 Fe를 코팅하여 공기극 표면에 $Li_x(Ni_yCo_{1-y})1-xO_2$나 $Li_x(Ni_yFe_{1-y})_{1-x}O_2$를 형성시켜 NiO의 전해질 내로 용해되는 것을 억제하는 방법이나 ZnO, MgO, $La_2O_3$ 등의 산화물을 NiO 표면에 코팅하여 전해질과 접촉을 막는 방식으로 해결하는 등 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 연료극의 비해 상당히 높은 공기극의 분극으로 인해 큰 전압손실이 일어나 용융탄산염 연료전지 성능이 낮아지는 문제의 경우 이를 해결하고자 하는 연구는 상대적으로 많이 진행되지 못한 상태이다. 특히 현재 용융탄산염 연료전지의 장기수명화를 위해 기존의 작동온도인 $650^{\circ}C$ 보다 다소 낮은 온도인 $600{\sim}620^{\circ}C$에서 작동하려는 움직임이 있다. 작동 온도가 내려가면 전해질이 휘발되는 속도가 낮아져 전해질 부족에 따른 운전시간이 줄어드는 문제를 해결할 수 있어 장기 수명화를 위해서는 작동온도를 낮추는 것이 매우 유리하다. 하지만 작동 온도가 내려가면서 양 전극에서 일어나는 전기화학 반응 속도가 느려지기 때문에 각 전극에서의 활성화 분극으로 인한 전압손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 특히 연료극의 수소산화반응 속도는 공기극의 산소환원반응에 비해 매우 빠르기 때문에 작동 온도가 내려감에 따라 연료극의 분극이 커지는 것에 비해 공기극의 분극이 급격히 커지게 된다. 따라서 운전온도가 낮아지는 상황에서는 낮은 작동온도에서도 성능감소가 적게 일어나 0.8V 이상 운전(150mA/$cm^2$, 단위전지 기준)이 가능한 공기극의 개발이 매우 필요한 실정이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 고체 산화물 연료전지의 공기극의 재료로 많이 연구되고 있는 혼합전도성 물질의 페로브스카이트 구조의 물질을 기존 NiO 전극에 코팅하여 새로운 공기극을 개발하였다. 페로브스카이트 구조의 물질로 대표적인 LSCF 물질을 사용하였으며 LSCF를 코팅한 공기극을 이용한 단위전지에서 150mA/$cm^2$의 전류를 흘려주었을 때 0.84V의 성능을 1000hr 유지하였다. 이는 기존의 NiO 전극을 사용했을 때보다 15~20mV 높은 값이다. 낮은 작동온도에서도 좋은 성능을 보였는데, 기존의 NiO 전극의 경우 $630^{\circ}C$에서 0.79V의 성능을 보인 반면 LSCF가 코팅된 공기극의 경우 $620^{\circ}C$에서 0.811V의 매우 좋은 성능을 보였다. 이는 LSCF의 산소이온전도성 및 전기전도성이 공기극에서의 분극을 낮추어 성능을 증가시키는 것으로 보인다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.325-328
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• 2006

고분자 전해질 연료전지의 전극을 gradient catalyst coating 방법을 이용하여 제조하였다. 촉매 잉크제조 시 나피온 이오노머의 함침 구성비를 다르게 하여 조성 비율이 다른 gradient 구조를 갖도록 하여 전극을 제조하였다. Anode Cathode의 두 전극을 각각 나피온 함량비가 다른 두 개의 gradient 층구조의 촉매층으로 9:1, 8:2, 7:3, 6:4 비율의 조성비로 성능을 측정하였으며, 전극의 전기화학적 반응 면적을 알아보기 위해 순위전위법을 그리고 분극 저항(Polarization resistance) 변화를 알아보기 위해서는 0.7V에서 임피던스 측정법의 전기화학분석법으로 전극 제조법에 따른 성능변화를 확인하였다. 특히 Gradient catalyst coating 방법을 이용하여 제조한 MEA는 종래 방식의 MEA보다 high current $density(1000mA/cm^2)$이상에서 향상된 성능을 보였다.