• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.196-196
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• 2012

염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 단가가 낮고 반투명하며 친환경적 특성으로 차세대 태양전지로 주목을 받았으나 염료의 안정성의 문제와 특정 파장대의 빛만 흡수하는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 양자구속 효과에 의해 크기에 따라 밴드갭 조절이 용이하여 다양한 파장대의 빛을 흡수 할 수 있는 양자점 감응태양전지가 많은 관심을 받고 있다. 하지만 양자점 감응 태양 전지의 활성층으로 사용되는 반도체 산화물인 이산화티타늄의 두께는 $13{\sim}18{\mu}m$로 짧은 확산거리로 인해 전하수집의 한계를 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 인듐 주석 산화물 나노선을 합성하여 전자가 광전극에 직접유입이 가능하도록 해 빠른 전하이동 및 전하수집을 가능하게 한다. 인듐 주석 산화물 나노선은 증기수송 방법(VTM)을 이용하여 인듐 주석 산화물 유리 기판 위에 $5{\sim}30{\mu}m$ 길이로 합성하였다. 전해질과 전자가 손실되는 것을 방지하기 위해 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 이산화 티타늄 차단층을 20 nm 두께로 코팅한 후 화학증착방법(CBD)을 이용하여 인듐 주석 산화물 나노선-이산화 티타늄 코어-쉘 구조를 만든다. 마지막으로 황화카드뮴, 카드늄셀레나이드, 황화아연을 증착시킨 후 다황화물 전해질을 이용하여 양자점 감응 태양전지를 제작하였다. 특성 평가를 위해 전계방사 주사전자현미경, X-선 회절, 고분해능 투과 전자 현미경을 이용하며 intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS), intensity modulated voltage spectroscopy (IMVS)를 이용하여 전하수집 특성평가를 하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.2119_2120
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• 2009

전압을 인가하였을 때 전계방향에 의해 가역적으로 색이 변화하는 현상을 전기변색(electrochromism)이라고 한다. 이러한 전기채색현상을 보이는 물질을 전기채색물질(electrochromism materials)이라고 하며, 전기채색 물질에 의한 소자를 전기채색소자(electrochromism device : ECD)라고 한다. 전기채색현상은 투과율(transmittance), 반사율(reflectance)의 가역적이며 가시적인 변화이고, 전기화학적인 산화환원 반응과 관련이 있다. 따라서 본 연구에서는 Titanate nanotube(TNT)를 제조하고 전기변색소자(ECD)에 응용하였다. SEM, XRD, UV-Vis등을 이용하여 재료학적 분석을 시행하였으며, 전기화학적 테스트로 cyclic voltammetry를 측정 하였다. 그 결과 TNT 분말은 직경 약 20~30 nm, 길이 약 500~600 nm 의 입자형상을 나타내었으며, X-선 회절시험결과 $H_2Ti_2O_5{\cdot}H_2O$의 층상구조를 나타내었다. 제조된 막은 FTO glass 위에 PEI/(TNT/TBAOH)$_{n-1}$/PDDA의 순으로 코팅되었다. 전기화학적 테스트를 위하여 2전극 시스템을 제작하였으며, 여러 종류의 액체 전해질을 제작하여 cycle voltammetry를 시행하였다. 그 결과, 각각의 전해질에서 "-"영역의 산화환원전위 피크가 뚜렷하게 나타났으며, 짙은 갈색으로의 채색현상을 나타냈다. 본 연구의 결과로서 TNT 박막을 이용한 ECD은 광조절 유리로서 뿐만 아니라, 여러 전기채색 디바이스에 응용될 것으로 사료된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.151.2-151.2
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• 2017

본 연구에서는 정전류 조건에서 알루미늄 합금의 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation) 피막 형성 거동에 미치는 전해질 내 cation($K^+$, $Na^+$)의 영향을 아크 발생 양상, 전압-시간 곡선 및 형성된 표면피막 구조를 관찰하여 연구하였다. 전해질은 0.5 M NaOH + 1 M $Na_2SiO_3$ 수용액과 0.5 M KOH + 1 M $Na_2SiO_3$ 수용액이 사용되었다. 아크 발생은 cation의 종류에 상관없이 동일하게 가장자리부터 시작되어 내부로 이동함으로써 전 표면에 걸쳐서 일어났다. 전 표면에서 PEO 피막이 형성된 이후에는 한 지점에서 지속적으로 아크가 발생하는 로컬버닝 현상이 두 용액에서 모두 관찰되었으나 $K^+$이온이 포함된 용액에서 로컬버닝이 빠르게 일어났다. 시편표면에서 아크가 발생하는 동안 중 각 전해액에서의 전압-시간 곡선에서 전압의 상승과 하강이 반복되는 거동이 동일하게 관찰되었다. 이러한 전압 등락의 크기는 $K^+$ 이온이 포함된 수용액에서 더 크게 나타났으며, 그 결과 표면 거칠기가 상대적으로 더 높은 PEO 피막이 형성되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.91.1-91.1
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• 2011

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 H2, CO, CH4와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이다. SOFC는 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 고체산화물이 연료와 공기가 반응하여 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 carnot cycle의 제한을 받지 않아 발전효율이 40% 이상으로 고효율이고, NOx 및 SOx를 배출하지 않아 무공해이며, moving parts가 없어 소음이 나지 않고, 건설과 증설이 지역이나 기후 조건에 제약 없이 용이하고, 다양한 용량이 가능하며, 고가의 백금 촉매를 사용하지 않으며, 수소, 석탄가스, 천연가스 등의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음, 또한 다향한 형태로 제작할 수 있으며 전해질이 고체에서 전해질 손실 및 보충에 문제가 없고 타 연료전지에 비해 개질기가 필요 없어 발전시스템이 간단하고 경량화가 가능하다. 전사법은 paste를 제작하여 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 제작이 용이하고 소재의 크기, 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 본 실험에서는 paste 제조, 전사법을 이용하여 Anode, AFL, Electrolyte, CFL, Cathode전사지를 제작하고 이를 세라믹 평관형 지지체에 변수로 두께 조건별 Coating 한 후 $1400^{\circ}C$ 소결을 진행하여 SEM 분석으로 미세구조 관찰, 출력특성 및 Impedance을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제25권2호
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• pp.171-179
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• 2015

과불소계 술폰화 이오노머(perfluorinated sulfonic acid ionomers; PFSAs)는 뛰어난 수소이온전도성과 높은 내화학성으로 인해 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte fuel cells)용 고체전해질로 널리 사용되고 있다. 그러나 PFSA 전해질은 가습-건조조건에서 연료전지가 구동에 따라 반복적인 팽윤-수축으로 인해 전극층이 전해질로부터 탈리되어 전기화학적 수명특성이 감소되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 다공성 PTFE support film의 기공특성에 대한 이해를 바탕으로 기공구조 내 나피온 이오노머를 함침시키는 강화막을 제조하였고, 기본특성을 평가하였다. 제조된 강화막은 매우 높은 수소이온전도도(${\sim}~0.5S\;cm^{-1}@90^{\circ}C$ in liquid water)를 나타내었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.141-148
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• 2006

This study was carried out to analyze the microstructure characteristics of electrolyte membrane through XRD, SEM and AC impedance measurement for using in high temperature steam electrolysis(HTE). It was investigated that thermal stability and electric characteristics by sintering condition using dry and wet process, and confirmed growth of particle and density change by sintering temperature. The sintering temperature and behavior had an effect on the relative density of the ceramic and the average grain size. The more amount of dispersant in organic compound increase, the more the density increased. But the binder was shown opposite phenomenon. It was analyzed that electrolyte resistance and electrical characteristics using AC impedance. The electrical properties of YSZ grain boundary changed with the sintering temperature.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.596-605
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• 2019

프로톤 전도성 세라믹인 페로브스카이트 구조의 산화물은 고온 환경에서 고체 전해질 및 촉매로써 동시에 활용이 가능하여, 반응과 분리기능을 동시에 갖춘 멤브레인 반응기로 적용하기에 우수한 소재이다. 특히 수소 제조 촉매와 분리, 이를 결합한 멤브레인 반응기 개발에 관한 연구는 전해질 내 도핑 금속의 종류 및 온도, 반응물의 조성 등에 따라 다양한 연구 결과가 제시되고 있다. 이에 본 총설에서는 프로톤 전도성 세라믹반응기에서 메탄을 활용하여 수소 제조촉매와 멤브레인 반응기로 응용해 온 연구 동향을 살펴보고, 차세대 수소의 제조와 분리 기술로서의 응용분야 및 전망에 관해 고찰하고자 한다.

• 전기의세계
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• 제44권4호
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• pp.14-21
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• 1995

전해질(지중, 수중 혹은 해수중) 내부에 있는 금속구조물의 부식을 방지하는 가장 효과적인 방법인 전기방식법에는 양극방식법(anodic protection method)과 음극방식법(cathodic protection method)이 있다. 양극방식법은 피방식구조물을 자연전위 보다 높게 유지함으로써 구조물의 표면에 저항이 높은 피막을 형성시켜 부식을 방지하는 방법으로서, 금속의 재질에 따라 적용이 불가능한 경우가 많으며, 또, 가능하다 할지라도 유지 및 보수에 상당한 주의가 요구되므로 잘 쓰이지 않고 있는 반면에, 음극방식법은 거의 모든 재질에 적용 가능할 뿐만 아니라 유지 및 보수가 쉬우므로 현장에서 가장 널리 쓰이고 있음에 따라 전기방식법 하면 대부분 음극방식법을 지칭하는 것으로 이해되고 있다. 본고에서는 전기방식법을 이해하는데 도움이 되는 부식 메카니즘, 음극방식법의 원리, 음극방식법의 종류 및 설계법 등에 관하여 간략히 기술하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.22-29
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• 2004

박막연의 변형은 고분자 전해질 연료전지의 성능에 상당한 영향을 미친다. 탄소공기판의 응력 분포는 고분자 전해질 연료전지의 안정성과 작동 효율의 중요변수이다. 본 논문에서는 작동 조건에서의 공기판과 박막면의 구조해석을 수행하였다. 박막면의 구조적 변형은 연료전지의 변수들의 분포에 영향을 미친다. 본 연구에서는 두 가지 모델에 대한 해석을 수행하였다. 한가지는 박막면의 물성치를 비선형으로 가정한 것이고, 나머지 한가지는 박막면의 물성치를 비선형으로 가정하고 공기판과 박막면의 접촉면에 접촉 조건을 적용한 경우이다. 이 두 가지 경우에 대해서 해석해본 결과 각각의 응력과 변형율의 분포에서 차이가 있음을 알 수 있었다. 이 결과를 통해 연료전지의 연구에서 비선형 접촉 해석이 필요함을 알 수 있다.