Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.166-166
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2011
연료전지 핵심 부품 가운데 하나인 분리판(Bipolar plate)는 막전극체(MEA), 기체확산층(GDL)과 함께 발생한 전류의 수집 및 전달, 반응 가스의 수송, 반응/생성물의 수송 및 제거, 반응열 제거 등을 위한 냉각수 전달 등의 다양한 역할을 담당한다. 이러한 역할을 위하여 분리판은 우수한 전기전도성, 열전도성, 화학적 안정성이 요구되어 진다. 기존의 연료전지용 분리판은 흑연계 소재 및 수지와 흑연을 혼합한 복합 흑연 재료를 통해 제조하여 요구 되어지는 물성을 만족시켜 왔으나 흑연계 분리판의 경우 강도 및 가스 밀폐성 측면에서 낮은 특성을 보이며 특히 고가의 제조 공정 비용과 낮은 양산성으로 인하여 자동차 연료전지 상용화에 수많은 해결 과제를 안고 있었다. 흑연계 분리판의 이러한 문제점을 대체하기 위한 연구로 최근 금속계 분리판의 적용 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히 금속계 분리판은 양산 제조 공정이 적용 가능하여 대량생산이 가능하며 자동차 연료전지 스택의 경량화 및 박판화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 박판의 스테인리스강을 소재로 적용한 금속분리판의 양산을 위하여 반드시 선행되어야 할 연구가 바로 금형 코팅 연구이다. 일반 자동차 생산 금형을 평균 약 50만타로 예측한다면 연료전지 금속계 분리판 성형 금형의 현재 수명은 약 10만타로 추정 가능하다. 이러한 원인은 고하중의 프레스 사용과 정밀 금형으로 인한 극한 공정 조건으로 야기된 결과이며 문제 해결을 위하여 성형 금형에 PVD 코팅 적용 연구를 진행하였다. 성형 금형의 PVD 코팅 적용을 통하여 금형 교체 주기 감소를 통한 생산 원가 절감 및 이형성 개선을 통한 성형성 확보를 목표로 본 연구를 진행하였다.
Moon, Seung Jae;Min, Hyo Jun;Kim, Na Un;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.29
no.4
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pp.223-230
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2019
In this paper, we develop a polymeric blend membrane based on $CO_2$-philic poly(2-[3-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-hydroxyphenyl] ethyl methacrylate)-poly(oxyethylene methacrylate) (PBEM-POEM) comb copolymer, which was synthesized by facile free radical polymerization. The PBEM-POEM (PBE) comb copolymer was blended with a commercial oligomer, low-molecular-weight poly(ethylene glycol) (PEG, $M_w=200gmol^{-1}$) with various ratios to prepare $CO_2/N_2$ separation membranes. From the result of $CO_2/N_2$ separation test of the PBE/PEG blend membranes with the various PEG contents, we could conclude that with increasing PEG content, the $CO_2/N_2$ selectivity significantly increased while the CO2 permeability decreased showing trade-off relationship. However, when comparing the performance of the PBE/PEG (9 : 1) with the PBE/PEG (7 : 3) membrane, the $CO_2$ permeance decreased by only 8.3%, while the $N_2$ permeance decreased by 69.1%. Therefore, the $CO_2/N_2$ selectivity dramatically increased from 33.8 to 100.3. This could be because the POEM chains, which account for 80% of the PBE copolymer, favorably interact with PEG and lead to a more compact chain structure, which was confirmed by FT-IR, XRD and SEM analysis. The PBE/PEG (7 : 3) blend membrane had the most optimal gas separation performance, showing a $CO_2$ permeance of 170.5 GPU and $CO_2/N_2$ selectivity of 100.3.
Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) have been the focus of interest for their physical and chemical properties, especially, for their extraordinary gas separation properties. In this study, a novel and efficient method for the fabrication of continuous ZIF-7 film on ${\alpha}$-alumina substrate has been investigated. The electrospray deposition method was tried for the first time to prepare ZIF films directly without the necessity of prior substrate seeding. It has the advantage of depositing thin ZIF-7 films directly on the ${\alpha}$-alumina substrate by electrospraying the precursor solution. The ZIF-7 films have been characterized through XRD, FE-SEM, and single gas permeation tests.
The silica containing carbon ($C-SiO_2$) membranes were fabricated using poly(imide siloxane)(Si-PI) and polyvinylpyrrolidone (PVP) blended polymer. The characteristics of porous carbon structures prepared by the pyrolysis of polymer blends were related with the micro-phase separation behaviors of the two polymers. The glass transition temperatures ($T_g$) of the mixed polymer blends of Si-PI and PVP were observed with a single $T_g$ using differential scanning calorimetry. Furthermore, the nitrogen adsorption isotherms of the $C-SiO_2$ membranes were investigated to define the characteristics of porous carbon structures. The $C-SiO_2$ membranes derived from Si-PI/PVP showed the type IV isotherm and possessed the hysteresis loop, which was associated with the mesoporous carbon structures. For the molecular sieving probe, the $C-SiO_2$ membranes were prepared with the ratio of Si-PI/PVP and the pyrolysis conditions, such as the pyrolysis temperature and the isothermal times. Consequently, the $C-SiO_2$ membranes prepared by the pyrolysis of Si-PI/PVP at $550^{\circ}C$ with the isothermal time of 120 min showed the $O_2$ permeability of 820 Barrer ($1{\times}10^{-10}cm^3(STP)cm/cm^2{\cdot}s{\cdot}cmHg$) and $O_2/N_2$ selectivity of 14.
Polymer-metal complexed membranes were prepared by solvent evaporation method using ethylcellulose, platinum(II)acetylacetonate, and rhodium(III)acetylacetonate. The various composition of metal salt(0.3-4.0 wt%) were employed to obtain the optimum performance of final membrane. EC-metal complexed membranes were characterized by FTIR and scanning electron microscopy(SEM) to observe the morphology and the performance of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and methane gases was tested. It was shown that the metal salts enhanced the permeability of all gases without decrease of selectivity. However, it was found that Pt had more effects on the permeability of oxygen and nitrogen gases while Rh had more effects on the permeability of carbon dioxide and methane gases. EC-Pt complexed membrane(Pt 1.0 wt%) even showed the enhanced selectivity of oxygen/nitrogen(37%) due to the affinity characteristic of Pt to oxygen.
In order to remove $CO_2$ from the DME plant process, we investigated the composite membrane with rubbery polymers as the separation layer and its separation performance of $CO_2$ and $H_2$. Hollow fiber membranes for supporting layer were prepared by solution spinning method. In case of using PDMS as a separation layer, the composite membranes showed the permeation rates of $CO_2$ were over 300 GPU and minimum $CO_2/H_2$ selectivitties were 4.3 and in case of using PEBAX as a separation layer, the composite membranes showed the permeation rates of $CO_2$ were over 120 GPU and minimum $CO_2/H_2$ selectivities were 5.
Kang, Gil Seon;Lee, Dong Soo;Lee, Hwa Sim;Park, Chang Joon
Analytical Science and Technology
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v.21
no.6
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pp.495-501
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2008
Agilent 5973 GC-MS instrument was modified so that the capillary direct interface was removed and that a silicone membrane was installed between GC and MS. Feasibility study of the membrane interface GC-MS has been carried out. Vacuum of the mass spectrometer was not affected by the carrier gas flow rate up to $4.7m{\ell}/min$. As the carrier flow rate was increased, peak tailing was reduced and chromatogram peaks appeared earlier. Chromatogram peaks showed better separation and higher sensitivity as the membrane thickness was reduced from $127{\mu}m$ to $75{\mu}m$, and also as the interface temperature was increased. However, the membrane interface GC-MS had drawbacks such as background ions at 73 and 147 m/z and poor peak separation due to peak tailing.
Park, Ji-Soon;Rhim, Ji-Won;Goo, Hyung-Seo;Kim, In-Ho;Nam, Sang-Yong
Membrane Journal
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v.15
no.4
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pp.255-271
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2005
polymer/layered silicate nanocomposite (PLSNs) is new type of materials, based on clays usually rendered hydrophobic through ionic exchange of the sodium interlayer cation with an onium cation. It could be prepared via various synthetic routes comprising exfoliation adsorption, in situ intercalative polymerization and melt intercalation. The whole range of polymer is used, i.e. thermoplastics, thermosets and elastomers as a matrix. Two types of structure may be obtained, namely intercalated nanocomposites where the polymer chains are sandwiched in between silicate layers and exfolicate nanocomposites where the separated, individual silicate layers are more or less uniformly dispersed in the polymer matrix. This new family of materials exhibits enhanced properties at very low filer level, usually inferior to 5wt$\%$, such as increased mechanical properties, increase in thermal stability and gas barrier properties and good flame retardancy. Gas permeability through the PLSNs films decreased due to increased tortuosity made by intercalation or exfoliation of clay in polymer.
Sodium type faujasite(FAU) zeolite membranes with a thickness of 5${\mu}m$ and a Si/Al molar ratio of 1.5 were prepared by the secondary growth process. The $CO_2/N_2$ separation in the vacuum mode was investigated at $30^{\circ}C$ for an equimolar $CO_2-N_2$ mixed gas before and after embedding 13X zeolite beads in the permeate side. The embedded 13X zeolite beads improved both $CO_2$ permeance and $CO_2/N_2$ separation factor, simultaneously. The phenomenon was explained by an increment in the $CO_2$ desorption rate at the FAU zeolite/$\alpha-Al_2O_3$ phase boundary due to an enhanced $CO_2$ escaping through the pore channels of the $\alpha-Al_2O_3$ support layer. In the present paper, it will be emphasized that a hybridization of a membrane with an adsorbent can provide a key to break through the trade-off between permeance and separation factor, generally shown in a membrane separation.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1994.03a
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pp.23-52
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1994
The development if separation technology is an important research subject as is clear from its role in the Japanese government's research abd development program for basic technology for the next generation (1981~1990). Japan is poor not only in mineral resources but also in energy resources and if a sudden change occurs in oil producing facility or an accident occurs in a nuclear power plant, then energy policy must undergo changes and economic foundations may collapse. Japan has already experienced this. Although, oil prices are stable at present and Japan can import oil at low cost due to the yen appreciation, Japan needs to promote development work for any new energy crisis that may come in the future. This has been the motive for gas separation membrane development in Japan.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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