• 청정기술
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• 제13권2호
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• pp.99-103
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• 2007

초임계함침법을 이용하여 백금을 나피온 112 막에 함침시켜 자가 가습 막을 제조하였다. 초임계이산화탄소를 용매로 하여 나피온112 막에 $Pt(II)(acac)_2$를 $80^{\circ}C$, 19.8 MPa 조건에서 함침한 후, $NaBH_4$ 용액을 사용하여 $50^{\circ}C$ 에서 2시간 동안의 환원과정을 통하여 Pt 입자로 환원시켜 PEMFC용 백금/나피온 자가-가습 전해질막을 제조하였다. 제조한 백금/나피온 막들을 SEM, EDS, EPMA 등의 분석을 통하여 백금 입자들이 균일하게 분산되어 함침되었음을 확인하였다. 제작한 백금/나피온 막을 무가습 조건에서 구동되는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질로 적용하였을 때 $65^{\circ}C$ 구동온도에서 일반적인 나피온 112를 전해질로 사용한 경우보다 향상된 성능을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권8호
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• pp.5728-5735
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• 2015

단일챔버 미생물연료전지에 분리막으로 세라믹막과 나피온막을 적용하여 전기발생특성을 분석함으로써 세라믹막의 적용가능성을 구명하고자 하였다. 또한 환원전극으로서 백금촉매가 도포된 탄소천과 일반 탄소천을 사용하여 백금촉매 효과 및 전기발생특성을 비교하였다. 회분식 실험에서 전기발생특성이 가장 안정적인 것은 acetate를 기질로 사용하였을 때였다. Formate는 전기발생특성이 acetate보다 다소 높았으나 불안정하였고 propionate와 butyrate는 acetate에 비하여 전기발생량이 상대적으로 낮았다. 환원전극으로서 백금촉매가 도포되어 있는 탄소천과 일반 탄소천을 비교한 결과 백금촉매가 도포된 탄소천의 전력발생량이 일반 탄소천에 비하여 1.2배 높게 나타났지만 약 5배 정도 비용 차이가 있음을 고려하면 미생물연료전지의 적용에 있어 효율성과 경제성은 함께 고려되어야 할 것으로 판단된다. 분리막으로서 세라믹막과 나피온막을 적용한 미생물 연료전지에서 발생한 평균 전압은 합성폐수를 이용한 실험에서 각각 $523.67mV{\pm}49.41mV$, $424.09mV{\pm}79.95mV$이었다. 미생물연료전지에 분리막으로 세라믹막과 나피온막을 적용하여 전력발생 및 유기물제거효율을 비교한 결과, 세라믹막이 나피온막의 대안이 될 수 있음을 확인하였다.

• 폴리머
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• 제33권4호
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• pp.377-383
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• 2009

전기활성 고분자 중의 하나인 이온성 폴리머-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC) 작동기는 전압 인가 시 고분자전해질 내부에 존재하는 양이온과 물이 음극 방향으로 이동하면서 변위를 발생시킨다. 이러한 IPMC의 전해질은 높은 보습력, 프로톤 전도도 및 기계적 강도를 지녀야 하며, 이를 위해 본 연구에서는 IPMC의 고분자전해질인 나피온 층에 $\alpha$-, $\gamma$-알루미나를 $4{\sim}8$ wt%의 함량으로 도입하여 나피온-알루미나 복합막을 제조하고 그 특성을 확인하였다. 알루미나의 함량이 증가함에 따라, 나피온 복합막의 프로톤 전도도는 조금씩 감소하는 경향을 보였으며, $\alpha$-알루미나에 비해 $\gamma$-알루미나를 첨가하였을 때 전도도 감소가 더욱 컸다. 나피온-알루미나 복합막의 기계적 모듈러스는 37.16 MPa인 순수 나피온 막에 비해 모든 함량에서 $7{\sim}13\;MPa$ 높았다. 또한 준비된 나피온-알루미나 복합막을 이용하여 IPMC를 제작하였고 직류 3 V의 인가전압 하에서 작동성능을 평가하였다. 나피온-알루미나-IPMC, 특히 8 wt%의 $\alpha$-알루미나가 첨가된 IPMC는 기존 나피온-IPMC에 비해 작동변위는 2.7배 향상되었고 작동력 또한 크게 향상되었다. $\alpha$-알루미나의 첨가에 따른 작동성능의 향상은 $\gamma$-알루미나가 첨가된 복합막에 비해 상대적으로 높은 $\alpha$-알루미나 복합막의 양성자 전도도 그리고 잘 분산된 알루미나 입자 표면에 존재하는 다량의 수분에 의한 이온/물 이동의 용이성, 또한 순수 나피온 막에 비해 전해질 막과 백금전극 사이의 낮은 전기적 저항 때문인 것으로 결론지었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.286.2-286.2
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• 2013

기존의 이온성 고분자-금속 복합체(IPMC)는 백금(Pt)전극을 이온성 전기활성 고분자(Ionic electroactive polymer)인 나피온에 무전해 도금으로 만들어졌다. 본 연구는 백금전극을 그래핀으로 대체하여 투명 이온성 고분자-그래핀 복합체(IPGC)를 제작하였다. 그래핀은 근적외선 화학기상증착법(NIR-CVD)으로 전이금속 (Cu, Ni) 위에 탄화수소 가스(CH4)를 이용하여 성장하였다. 전이 금속위에 성장된 그래핀을 나피온 양쪽면에 van der Waals 결합력을 이용하는 습식 전이공정으로 전극을 형성하였다. IPGC는 면 저항(4-point probe), 투과도(UV/Vis spectrometer) 및 라만 분광법(Micro Raman spectroscopy)의 측정으로 그래핀 전극의 특성평가를 하였고, 전계방사 주사전자현미경(Field Emisson Scanning Electron Microscope; FE-SEM)을 사용하여 IPGC의 구조적 특성을 확인하였다. 제작된 IPGC의 성능은 백금전극을 이용한 IPMC의 변위(displacement), 힘(force), 작동 주파수(Operating frequency) 분석을 통해 비교 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.421-424
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• 2006

Nafion/Pt/Polypyrrole composite membranes were fabricated by chemical in-situ polymerization of pyrrole monomers with Pt precursors in Nafion matrix for DMFC. We demonstrated that positively charged pyrrolinum groups of polypyrrole particles were co-interacted with sulfonic groups of Nafion as verified by FT-IR results. Mutual interaction between $Nafion-SO_3^-$ (or negatively charged Pt precursors) and Polypyrrole$-NH_2^+$ influenced the physical properties of pristine Nafion. Thermal property proton conductivity, methanol permeability, and cell performance of pristine and modified Nafion were analyzed for an application of DMFC membrane. Thermal stabilities of sulfonic groups and side chains in Nafion/Pt/polypyrrole composite membranes were higher than those of Nafion due to mutual interaction between sulfonic groups of Nafion and pyrrolinum groups of polypyrrole. Methanol permeabilities of Nafion/Pt/Polypyrrole composite were reduced more proton conductivities with the increase in the content of Pt particles. As a result of that, the enhancement of cell performance by Nafion/Pt/Polypyrole O2 relative to Nafion was more pronounced under the specific experimental condition such as high temperature and more concentrated methanol solution.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.125-133
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• 2012

Nafion ionomer located in electrode helps to increase the platinum utilization and proton conductivity. To achieve higher performance in PEMFCs, it is important an optimum Nafion content in the electrode. As the platinum loading and fabricated method depend on the optimum Nafion content. In this study, we have examined the interrelationship between platinum loading and Nafion content fabricated by decal transfer method. For electrodes with 0.25 and 0.4 mg/$cm^2$ Pt loading, best performance was obtained at 25 wt.% Nafion ionomer loading. It is also found that MEA with 0.25 mg/$cm^2$ Pt, the optimum Nafion content appears differently at low and high current density.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.270-275
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• 2016

A simple solid state incorporation method was employed in order to incorporate Pd nanocatalyst into a Nafion film for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) via the reduction of palladium (II) bis (acetylacetonate), $Pd(acac)_2$. It was sublimed, penetrated into Nafion film and then reduced to Pd nanoparticles simultaneously in a glass reactor of N2 atmosphere at $180^{\circ}C$ for 1, 3 and 5 min. This reaction was took place without any reducing agent and any solvent. The morphology of the Pd nanoparticles was observed by transmission electron microscopy (TEM), and Pd distribution was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). And 23% modification of tensile strength of Pd/Nafion composite film was measured by universal testing machine and I-V curve was estimated by using a unit cell with $5{\times}5cm^2$ active area.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.310-315
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• 2012

A simple drying process was developed for the preparation of a Pt/Nafion self-humidifying membrane to be used for a proton-exchange membrane fuel cell (PEMFC). Platinum (II) bis (acetylacetonate), $Pt(acac)_2$ was sublimed, penetrated into the surface of a Nafion film and then reduced to Pt nanoparticles simultaneously without any support of a reducing agent in a glass reactor at $180^{\circ}C$ for 15 min. The process was carried out in $N_2$ atmosphere to prevent the oxidation of Pt nanoparticles at high temperature. The morphology and distribution of the Pt nanoparticles were observed by transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS), and we found that the average Pt particle size was ca. 3.7 nm, the penetration depth was ca. $17{\mu}m$. Almost all Pt nanoparticles were formed just beneath the surface and the number density decreased rapidly as the penetration depth increased. To estimate water absorption characteristics of the Nafion membranes, water uptake at an isothermal condition was measured by dynamic vapor sorption (DVS), and it was found that water uptake of the Pt/Nafion membrane was higher than that of the neat Nafion membrane.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권1호
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• pp.49-53
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• 2007

직접 메탄올 연료전지는 간단한 구조와 디자인 그리고 높은 에너지 밀도와 에너지 변환 효율등의 장점으로 인하여 휴대용 장치들의 전력원으로 사용된다. 본 논문에서는 직접 메탄올 연료전지의 연료 농도를 감지하기 위한 얇은 나피온 막과 Pt 촉매전극의 합성으로 만들어진 메탄을 센서를 제작하였다. 제작된 메탄을 센서를 사용하여 메탄올 농도와 촉매전극(Pt)의 두께 변화에 따른 전류-전압 특성을 분석하였다. Pt 촉매전극 10nm, 전압이 1V 이고 메탄올 농도 1, 2, 3M일 때 전류 값이 각각 $1.30{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A,\;2.80{\times}10^{-6} A$ 이었다. 메탄올 농도를 2M로 고정하고 촉매전극의 두께를 5, 10, 15nm로 변화시켰을 때 전류 값은 각각 $3.06{\times}10^{-6}A,\;1.96{\times}10^{-6}A,\;1.00{\times}10^{-6}A$ 이었다. 촉매전극이 얇을수록 전류가 증가하고 전기화학반응이 더 활발히 일어나는 것으로 사료된다.