• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.135-142
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• 2002

본 연구는 Chemical hydride 형태의 수소발생제를 포함한 액체연료를 이용한 신개념의 알칼라인 연료전지의 특성을 분석하였다. Chemical hydride는 연료전지의 수소공급원으로써 사용될 수 있으며, 본 연구팀은 KOH 전해질에 수소발생제인 Sodium Borohydride ($NaBH_4$)를 첨가하여 제조된 액체연료를 알칼라인 연료전지에 공급함으서 상온에서 매운 우수한 전기 화학적 성능결과를 얻을 수 있었다. 이때 음극 찰물질로 $ZrCr_{0.8}Ni_{1.2}$ 수소저장합금이 사용되었으며, 양극은 방수처리된 카본지 위에 분산된 Pt/C 가 사용되었고, air가 latm으로 양극에 공급되었다. 음극에 대한 XRD 분석결과 음극에서의 산화에 의해 Sodium Borohydride ($NaBH_4$)가 분해되어 수소가 발생되며, 연속적으로 액체연료가 주입되어도 전지가 작동하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 에너지밀도는 6,000 Ah/kg (for $NaBH_4$ or $KBH_4$)이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.458-465
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• 2018

This study reports the fabrication of anion exchange membranes (AEMs) containing two kinds of functional groups: i) trimethylphosphite (TMP) and ii) trimethylamine (TMA). We carried out the synthesis of polymers to enhance thermal stability and ion conductivity. The alternative polymer was prepared using 2,2-bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)propane and decafluorobiphenyl. The membrane was fabricated by solution casting method. The thermal stability of membranes was examined by TGA. The physiochemical properties of membranes were also investigated in terms of water uptake, swelling ratio, ion exchange capacity, and ion conductivity. The hydroxide ion conductivity of the membranes reached about 20.2 mS/cm for quaternary ammonium poly(arylene ether) (QA-PAE) containing TMA moiety and 5.1 mS/cm for quaternary phosphonium PAE (QP-PAE) containing TMP moiety at $90^{\circ}C$.

• 공업화학
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• 제33권2호
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• pp.126-132
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• 2022

암모니아 및 하이드라진 등의 액체연료를 사용하는 알칼라인 연료전지는 높은 에너지 밀도, 저장 및 운송의 용이성, 경제성 등의 장점으로 청정 및 재생 에너지 솔루션으로 각광받고 있다. 하지만 환원극에서 플러딩, 연료 크로스오버 현상, 부반응생성물, 연료 안정성 및 독성 등의 문제들이 여전히 이슈가 되고 있다. 이 중 효율적인 에너지 생산을 위해 산화극에서 산화되어야 하는 연료의 손실을 사전에 감지할 수 있는 연료 모니터링 시스템의 개발은 알칼라인 연료를 사용하는 연료 전지의 성능 향상에 큰 도움을 줄 것으로 사료된다. 하이드라진 및 암모니아의 농도를 실시간으로 측정 가능한 센싱 플랫폼이 다수 개발되어왔으며, 이 중 높은 선택성 및 민감도, 신속한 실시간 모니터링, 플랫폼의 휴대화 등의 장점을 갖는 전기화학적 센서 개발 연구 분야의 최신 동향에 대해 소개하고자 한다. 특히 센서의 감도 및 선택성 증대를 위해 다양한 금속성, 금속산화물 나노소재 및 하이브리드 나노소재를 접목하는 연구 방향에 대해 중점적으로 소개하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제27권4호
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• pp.344-349
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• 2017

전해질막을 사용하는 알칼라인 연료전지는 최근 들어서 시스템 구성이 비슷하고 전해질막의 종류만 다른 기존의 양이온 교환막 연료전지를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 특히, 알칼라인 연료전지에서는 비백금계 저가 촉매가 사용 가능하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 이러한 알칼라인 연료전지 시스템에 적용하기 위한 고성능, 고내구성 음이온 교환막을 제조하기 위하여, 두 종류의 다공성 지지체인 폴리벤조옥사졸 지지체와 폴리에틸렌 지지체에 Fumion FAA 이오노머를 함침시켜, 기존의 Fumion 시리즈의 막보다 우수한 기계적 강도를 가지면서 높은 이온전도도를 유지할 수 있는 함침막을 제조하고자 하였다. 이를 통하여 최종적으로 지지체-함침막이 성공적으로 제조되었고, 이온 전도도와 기계적 특성이 지지체의 성질에 따라 서로 다른 결과를 보여 주었다. PE 지지체에 Fumion 이오노머를 함침시킨 함침막에서는 우수한 기계적 특성이 얻어졌지만, 이온전도도는 감소하였으며 특히 높은 온도에서 성능감소가 더욱 증가하였다. 반면에 PBO 지지체에 Fumion 이오노머를 함침 시킨 경우에는 PBO의 높은 염기성으로 인하여 함침 후에 높은 이온 전도도를 보였지만, Fumion-PE막에 비하여 상대적으로 낮은 기계적 특성을 나타내었다. 결과적으로 지지체-함침막 제조 시 알칼라인 연료전지의 운전조건에 따라 지지체의 특성을 충분히 고려하여 연구를 진행할 필요가 있다는 결론을 얻었다.

• 공업화학
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• 제30권6호
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• pp.652-658
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• 2019

하이드라진 직접 액체 연료전지는 이산화탄소를 배출하지 않으며, 높은 에너지 밀도를 가지고, 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 높은 촉매 활성을 보이는 장점으로 유망한 연료전지로써 활발히 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 고안전성 연료전지 운전 성능을 위해서는 전극촉매를 비롯한 핵심소재 개발 및 성능 연구를 토대로 연료의 물질전달 특성을 비롯한 하이드라진 연료전지 내에서 진행되고 있는 작동 프로세스를 충분히 이해할 필요성이 있다. 본 논문에서는 최근의 직접 하이드라진 연료전지 연구결과 중에 가격 경쟁력을 확보한 전극촉매 및 연료 확산, 물 관리, 기체 발생 측면에서 전극 구조 개발 동향을 소개하며 향후 개발 방향에 대해서 고찰하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제31권6호
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• pp.371-383
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• 2021

음이온 교환막은 수소를 생산할 수 있는 수전해와 수소 연료를 사용하여 전기 에너지를 사용할 수 있는 연료전지 시스템에 사용될 수 있다. 음이온 교환막은 알칼라인 조건에서 수산화 이온(OH^-) 전도를 기반으로 작동한다. 하지만, 음이온 교환막은 상대적으로 낮은 이온 전도도와 알칼라인 안정성을 보이기 때문에 아직 수전해 및 연료전지에 상용화되는 데 한계가 존재한다. 이를 해결하기 위해서는 고분자 구조를 합리적으로 설계하여 새로운 음이온 교환막 소재를 개발하는 것이 필수적이다. 특히, 고분자의 물성, 이온전도도, 그리고 알칼라인 안정성이 우수하게 유지될 수 있도록 고분자 구조 및 합성 방법 등을 제어하여 한다. 음이온 교환막 중에서 Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) 기반의 소재는 상용화 되어 접근이 용이하다. 또한, 다른 고분자에 비해 상대적으로 기계적인 특성 및 화학적 안정성이 높아 음이온 교환막 개발에 자주 사용되고 있다. 본 총설에서는 음이온 교환막에서 사용되는 PPO 기반의 고분자 소재 개발 전략 및 특성에 대해서 소개하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.28-28
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• 2018

수전해(electrochemical water splitting)는 연료전지의 가역적 역반응을 이용하여 물로부터 수소와 산소를 발생시키는 기술이다. 산소는 음극에서 발생하는데, 이 때 음극 표면은 고농도의 산소 음이온 및 라디칼에 장시간 노출된다. 때문에 기계적, 화학적 내구성이 우수한 전극재를 사용할 필요가 있다. 불용성 전극 (dimensionally stable anode, DSA)은 이러한 기술적 요구사항을 잘 만족하는 상용화 된 전극이다. 티타늄이나 티타늄 합금 표면에 촉매를 미량 반복 살포하여 산화물 형태의 매우 견고한 표면을 형성함으로서 내구성을 확보한다. 그러나, 보통 DSA 제조 기법의 특징에 따라 다공성 표면 구조를 사용하지는 않기 때문에 생산 과정이 복잡하고 비용이 많이 발생하는 문제를 여전히 나타내고 있다. 본 연구는 상기 문제를 개선하기 위한 수전해용 음극 제조 기술에 관한 연구이다. 티타늄과 티타늄 합금은 동일한 양극산화 기술 적용이 가능하다는 점을 이용하여 티타늄 기판으로부터 다공성 구조를 형성함으로써 바인더의 사용을 배제하였다. 단일공정양극산화기법 (single-step anodization)을 이용하여 $IrO_2$와 $RuO_2$를 도핑함으로써 TiO2에 촉매능을 부여하였다. 제조된 나노튜브들의 구조적 특징을 HR-TEM (High-resolution transmission electron microscope)과 FE-SEM (Field-emission scanning electron microscope)으로 분석하고 SAED (selective area electron diffraction) 패턴을 분석하여 전극재의 결정성을 확인하였다. 알칼라인 분위기에서 일으킨 산소발생반응 (oxygen evolution reaction, OER)의 LSV (linear sweep voltammetry) 결과를 XPS (X-ray photoelectron microscoscopy) 결과와 연관지어 촉매 표면 구조와 과전압의 관계를 해석하였다. LSV 결과로부터 Tafel 분석을 연달아 수행함으로써 전극의 속도결정단계를 정의하였다. 최종적으로 사이클 테스트 통하여 DSA로써의 성능을 평가하였다.