• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2010.05a
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• pp.446-447
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• 2010

최근 개발된 니켈 초합금 금속폼은 기존의 매연저감장치 신소재로 여겨지고 있다. 금속폼은 세가지 두드러진 특징을 갖고 있다. 첫째, 금속폼은 큰 기공의 다공성 매질로써 매연을 포집하여 축적할 수 있는 용량이 기존 필터에 비해 상대적으로 크며 그로인하여 재생 시 연소 안전성이 두드러진다. 둘째, 복잡하고 굴곡있는 기공 구조와 큰 비표면적은 물질전달 특성을 향상시켜 촉매 적용 시 촉매의 전환성능을 향상시키고 그로 인하여 귀금속 촉매량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 셋째, 금속폼은 다양한 기공크기를 가지며, 다양한 조합의 금속폼을 개발할 수 있어 요구 성능에 따른 최적의 필터 설계를 가능케 한다. 이번연구에서는, 금속폼의 필터 성능을 다양한 실험을 통하여 측정 평가하며, 이런 이해를 기반으로 필터로 제작하여 엔진실험벤치에서 그 성능을 검증하였다. 필터의 성능은 수트 포집효율과 그에 따른 필터의 압력강하와 촉매 활성 능력으로 평가되었다. 이러한 실험과 병행하여 금속폼에서의 수트 포집과정을 모델링하고 이를 상용 프로그램인 CFD-ACE+에 추가하여 설계전용 프로그램을 개발하였으며, 엔진실험결과와 비교 검증하였다. 본 논문에서는 금속폼의 높은 매연축적용량과 향상된 물질전달 특성이 어떻게 필터의 귀금속 촉매와 체적을 줄일 수 있는지 제시하고 있다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.18.1-18.1
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• 2009

금속 다공체는 자동차, 선박, 건축 등의 분야에서 구조물이나 충격흡수제 등으로 응용되고 있는데 이들은 일반 금속 구조물에 비해 가볍고 플라스틱에비해서는 강한 장점을 지닌다. 현재 사용되고 있는 대부분의 금속 다공체는 발포 주조공정으로 제조된 알루미늄으로서, 철계 합금에 비해 가벼운 장점을 갖지만 강도가 상당히 떨어지고 가격이 높은 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 대신 철계 합금으로 다공체를 제조하고자 하였고 제조방법으로는 주조공정 대신 분말공정을선택하였다. 분말공정은 구형 스티로폼을 금속분말 슬러리로 코팅한 후 스티로폼을 제거하여 낱개의 금속중공체(Metallic Hollow Sphere)를 제조하고 이렇게 제조된 중공체를 뭉쳐 성형함으로써최종 형상의 다공체를 제조하는 방법이다. 이 방법으로 제조된 다공체는 주조공정으로 제조된 다공체보다높은 강도를 나타내며 낱개의 중공체는 성형공정을 거치지 않고 필터나 충진재 등의 새로운 용도로 활용될 수 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.10
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• pp.971-977
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• 2015

Because foam metal has the excellent physical characteristics and mechanical performance, they are applied extensively into a lot of advanced technology areas. The aluminum foam with closed cell is one of the foam metals. It is applied widely into automobile and airplane because of the excellent absorption performance of impact energy. In this study, the mechanical characteristics by thickness was analyzed through the impact experiment of closed-cell aluminum foam, and the simulation analysis was performed for the verification. As the simulation analysis method, a finite-element analysis was carried under the same boundary conditions as the experiment by using ANSYS. By comparing with the results of experiment and simulation, it was thought that the case of thickness of 20mm was the most efficient of among the cases of thicknesses of 10mm, 20mm and 30mm. At the case of thickness of 20mm, the absorption energy by comparing with the specimen thickness is shown to become the most among three models. By using the result of this study, it is thought that it can apply the material necessary to develop the mechanical structure with aluminum foam.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.32 no.4
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• pp.442-448
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• 2021

Flow field is an important parameter for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) performance to have an effect on the reactant supply, heat and water diffusion, and contact resistance. In this study, PEMFC performance was investigated using Cu foam flow field at the cathode of 25 cm² unit cell. Polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy were performed at different pressure and relative humidity conditions. The Cu foam showed lower cell performance than that of serpentine type due to its high ohmic resistance, but lower activation and concentration loss due to the even reactant distribution of porous structure. Cu foam has the advantage of effective water transport because of its hydrophobicity. However, it showed low membrane hydration at low humidity condition. The metal foam flow field could improve fuel cell performance with a uniform pressure distribution and effective water management, so future research on the properties of metal foam should be conducted to reduce electrical resistance of bipolar plate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.307-313
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• 2011

금속산화물을 이용한 2단계 산화/환원 반응은 GTL, CTL 의 반응원료인 합성가스 및 수소 생산기술이다. 이 기술은 메탄을 환원제로 사용함으로써 비교적 저온에서 산화/환원 반응을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 반복 사이클의 시연에서 금속산화물의 소결현상으로 인한 활성저하가 이 기술의 문제점 중의 하나이다. 본 연구에서는 2.5 kW Xenon arc lamp 가 설치된 solar simulator를 사용 하였으며, 무기물 다공성 폼 (SiC foam)및 유기물 다공성 폼 (Ni, Cufoam)에 $CeO_2/ZrO_2$ 를 코팅하여 연속적인 합성가스 및 수소 생산 가능성을 알아보았다. 반응 전 후의 $CeO_2/ZrO_2$ 의 결정 구조를 SEM 과 XRD 를 통해 분석하였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2012.05b
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• pp.646-648
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• 2012

본 연구에서 다루는 복합재료는 알루미늄 폼으로써 다공성 구조체로 고체 알루미늄 금속에 비하여 비중이 1/10 정도로 작고, 충격에너지 흡수가 우수하다. 본 연구에서는 다공성 심재를 갖는 복합재료 알루미늄 폼 코어의 충격실험을 실시하여 기계적 특성을 파악하였다. 시험편은 알루미늄 폼 코어를 갖는 복합재료로써 시험편에 50J의 저 충격에너지를 가하도록 하였다. 그 결과, 모든 실험에서 스트라이커가 상부면재 통과 시 최대하중이 나타났고, 이때의 최대하중 값은 약 5.5 KN으로 나타났다. 또한 최대 하중 발생 시간은 50J일 때 약 4.2 ms가 나왔다. 최대 하중이 발생한 후, 즉 상부 면재 통과 후에 실험에서는 약 10 mm정도를 더 뚫으면서 심재에 까지 손상을 주었지만 하부 면재에는 손상을 주지 못하였다. 이로써 스트라이커가 알루미늄 폼 코어 샌드위치 복합재료를 통과 할 때 상부면재 통과 시 최대 하중이 발생하고 심재를 지나며 서서히 감소되는 것을 볼 수 있었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.33 no.6
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• pp.618-623
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• 2022

The bipolar plate is a key component of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) that transfers reactants and electrons, discharges water and heat as by-products, and serves as a mechanical support for the membrane electrode assembly (MEA). Therefore, the flow field structure of the bipolar plate plays an important role in improving fuel cell performance. In this study, PEMFC performance was investigated with copper foams with different compressibility ratios applied to cathode bipolar plates using a 25 cm² unit cell. The total resistance decreased as the compressibility ratio of the metal foams increased, and, in particular, the charge transfer and mass transfer resistance were significantly improved compared to the serpentine flow field, lowering voltage loss in medium and high current density region. In the case of pressurized air reactant flow with serpentine structure, fuel cell performance was similar to that of a compressed metal foam flow field (S3) up to the medium current density region, but low performance appeared in the high current density region due to flow field structure limitations.

• Journal of ILASS-Korea
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• v.18 no.4
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• pp.196-201
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• 2013

SCR(Selective Catalytic Reduction) is a major after-treatment solution to reduce NOx emission in recent diesel engines. In this study, a metal foam is applied as an alternative SCR substrate and tested in a commercial diesel engine to compared with a conventional ceramic SCR system. Basic engine test from ND-13 mode shows that a metal foam catalyst has lower NOx conversion efficiency than a ceramic catalyst especially over $350^{\circ}C$. A metal foam catalyst has characteristics of high exhaust gas pressure before a SCR catalyst and high heat transfer rate due to its material and structure. NOx conversion efficiency of a metal foam catalyst shows an increasing tendency along with the increase of exhaust gas temperature by $500^{\circ}C$. The effect of urea injection quantity variation is also remarkable only at high exhaust gas temperature.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.1-224.1
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• 2010

본 연구에서는 천연가스 수증기 개질반응에 니켈 촉매가 코팅된 금속 구조체 촉매를 적용하여 수소를 생산하였다. 금속구조체 촉매는 기존 펠릿 촉매가 충진 된 촉매반응기에 비해 열 및 물질 전달 특성이 우수하여 이를 여러 개질반응에 적용하고자하는 연구가 수행되어 왔다. 하지만, 기존 금속구조체 촉매의 개발에 있어 촉매와 금속 지지체간의 안정한 결합을 통한 열안정성 확보에 대한 문제는 여전히 해결과제로 남아 있다. 따라서, 본 연구에서는 니켈 촉매를 금속 지지체에 안정하게 부착하기 위한 금속 지지체 표면 처리 방법을 개발하였으며 금속 구조체의 형상에 상관없이 균일한 표면처리가 가능하였다. 개발된 표면 처리방법을 적용한 금속 구조체 촉매는 촉매와 금속지지체간의 결합력 향상으로 인해 120시간 이상 안정한 반응활성을 보였다. 또한, 빠른 공간속도에서도 펠릿촉매와 표면처리를 적용하지 않은 금속 구조체 촉매에 비해 높은 촉매 활성을 보였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 개발된 표면처리를 모노리스와 폼을 비롯한 다양한 형상의 금속구조체 촉매에 적용하여 기하학적 표면 특성에 따른 촉매의 활성 차이를 살펴보았다. 겉보기 표면적이 넓은 금속구조체일 수록 촉매의 고분산 코팅에 유리하여 높은 활성을 보였다.