• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2003.05a
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• pp.41-44
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• 2003

• Membrane Journal
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• v.34 no.1
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• pp.10-19
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• 2024

The bipolar membrane is an ion exchange membrane consisting of a cation exchange layer, an anion exchange layer, and an interface layer, and is a membrane that generates protons and hydroxide ions based on water dissociation characteristics. Using these properties, research is being conducted in various application fields such as the chemical industry, food processing, environmental protection, and energy conversion and storage. This paper investigated the concept of bipolar membrane, water dissociation mechanism, and water dissociation catalyst to provide a comprehensive understanding of bipolar membrane technology, were investigated. Lastly, we also investigated the bipolar membrane process that has been recently applied to energy technology.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.43 no.3
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• pp.352-359
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• 2005

This work has studied the changes of pH in both of anodic and cathodic chambers of a divided cell due to the electrolytic split of water during the ammonia decomposition to nitrogen, and has studied the continuous decomposition characteristics of ammonia in a multi-cell stacked electrolyzer. The electrolytic decomposition of ammonia was much affected by the change of pH of ammonia solution which was caused by the water split reactions. The water split reaction occurred at pH of less than 8 in the anodic chamber with producing proton ions, and occurred at pH of more than 11 in the cathodic chamber with producing hydroxyl ions. The pH of the anodic chamber using an anion exchange membrane was sustained to be higher than that using a cation exchange membrane, which resulted in the higher decomposition of ammonia in the anodic chamber. By using the electrolytic characteristics of the divided cell, a continuous electrolyzer with a self-pH adjustment function was newly devised, where a portion of the ammonia solution from a pHadjustment tank was circulated through the cathodic chambers of the electrolyzer. It enhanced the pH of the ammonia solution fed from the pH-adjustment tank into the anodic chambers of the electrolyzer, which caused a higher decomposition yield of ammonia. And then, based on the electrolyzer, a salt-free ammonia decomposition process was suggested. In that process, ammonia solution could be continuously decomposed into the environmentally-harmless nitrogen gas up to 83％, when chloride ion was added into the ammonia solution.

• Membrane Journal
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• v.17 no.3
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• pp.210-218
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• 2007

CEDI-BPM(Continuous Electrodeionization-Bipolar Membrane) has advantages due to high ion permselectivity through ion exchange membranes and the production of $H^+$ and $OH^-$ ions on the bipolar membrane surfaces for regeneration of ion exchange resin during electrodeionization operation. In this study, hardness materials were removed by the CEDI-BPM without scale formation and the ion exchange resins were electrically regenerated during the operation. The adsorption characteristic of ion exchange resin surface, the influence of flow rate on the hardness removal and electric regeneration were investigated in the study. The removal efficiency of Ca was higher than that of Mg in the CEDI-BPM, which was related to the high adsorption capacity of Ca on the cation exchange resin. With increasing flow rate, the flux of Ca and Mg was enhanced by the permselectivity of a cation exchange membrane. In the electric regeneration of CEDI-BPM, it was shown that the regeneration efficiency was higher with a lower regeneration potential applied between cathode and anode.

• Membrane Journal
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• v.31 no.2
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• pp.120-132
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• 2021

Microbial fuel cell (MFC) is a bio-electrochemical device that generates electricity by utilizing bacterial catalytic activity that degrades wastewater. Proton exchange membrane (PEM) is the core component of MFC that decides its performance, and Nafion membrane is the most widely used PEM. In spite of the excellent performance of Nafion, it has drawbacks such as high cost, biofouling issue, and non-biodegradable property. Recent studies in MFC attempted to synthetize the alternative membrane for Nafion by incorporating various polymers, sulfonating, fluorinating, and doping other chemicals. This review summarizes characteristics and performances of different composite membrane based MFCs, mostly focusing on PEM.

• Membrane Journal
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• v.18 no.2
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• pp.138-145
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• 2008

A series of anion exchange composite membranes were prepared and characterized for electro-dialysis process used in the removal of toxic anion and cation polutants in groundwater or wastewater. The membranes were prepared as follows; first, porous poly(ethylene) (PE) substrates were fully impregnated with monomer mixtures with various ratio of vinylbenzylchloride (VBC), divinylbenzene (DVB) and ${\alpha},\;{\alpha}$-azobis(isobutyronitrile) (AIBN). Second, they were thermally polymerized to yield crosslinked poly(VBC-DVB)/PE composite membranes. Finally, the membranes were treated in trimethylamine (TMA)/acetone to give $-N^+(CH_3)_3$-containing poly(VBC-DVB)/PE membranes. The basic membrane properties such as ion exchange capacity (IEC), electric resistance and water content of the resulting membranes were measured as a function of VBC/DVB and TMA/Acetone content. As a result, the composite membranes showed lower electric resistance, lower water content and higher IEC than commercial anion exchange membranes (AMX, Astom) due to thin PE substrates, indicating that the composite membranes could be successfully applied to the electrodialysis for water treatment.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.97.1-97.1
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• 2011

저온에서 양이온 고분자막을 사용하는 고분자 연료전지의 경우 뛰어난 성능과 다양한 응용분야로 인해 많은 연구와 실증이 이루어지고 있지만 공기극에서의 느린 산소 환원반응으로 인해 백금과 같은 귀금속의 사용이 불가피하고 백금의 제한된 매장량과 높은 가격으로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 그래서 많은 연구자들이 합금 촉매 또는 비귀금속 촉매를 이용한 전극 개발에 집중하고 있다. 알칼리 분위기에서 저가의 전이 금속들이 백금과 비슷한 활성을 보이고 고체 음이온 교환막이 개발됨에 따라 최근 알칼리 연료전지가 다시금 큰 주목을 받고 있다. 그러나 고분자 연료전지와는 달리 아직 촉매나 전해질막, 이오노머의 특성 및 메커니즘에 관해 별로 알려진 것이 없다. 본 연구에서는 직접 개발한 세공충진막 형태의 탄화수소계의 음이온 교환막과 비귀금속 공기극 촉매를 이용하여 막전극접합체(MEA)를 개발하였고 촉매 및 이오노머 함량과 같은 전극 조성, 막전극접합체의 제조 및 체결, 가습이나 가스조성 등의 단위전지 운전조건과 같은 다양한 변수에 대해에 최적 조건을 도출하고자 하였다. 공기극 촉매는 Cu-Fe/C를 이용한 상용 촉매를 이용하였고 이오노머의 경우는 탄화수소계의 상용 제품을 사용하였으며 음이온 교환막에 전극층을 형성하기 위해서는 스프레이 공정을 이용하였다. 단위전지를 통해 성능을 확인하였고 임피던스 및 CV를 통해 전기화학적인 특성을 규명하였다. 조건의 최적화를 통해 상당한 성능 향상을 이루었으나 추가적인 성능 향상 및 내구성 확보 등에 대해 계속적인 실험을 진행할 예정이다.

• Analytical Science and Technology
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• v.12 no.3
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• pp.224-229
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• 1999

Recently, many studies for the supported liquid membrane (SLM) using a carrier have been actively reported. Polymeric cation exchange membrane was synthsized by dissolving monensin carrier of antibiotic material in organic solvent. Then the SLM was applied to the Nernst-Planck and Fick equations and membrane potential and membrane permeability were measured respectively. The results showed the high selectivity towards alkali metal ions and the SLM showed linear relationship with low concentration. However, linear relationship did not appear at high concentration. This is explained by means of the new theory of the stagnant layer and the slop of logarithm value was linear for the up-hill transport phenomena of membrane transport.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Membrane Journal
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• v.6 no.4
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• pp.273-283
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• 1996

A cation-exchange membranes were prepared by polystyrene and poly(sodium 4-styrene sulfonate). The degree of crosslinking of polystyrene membranes was controlled by DVB. At the same time, the structure of PS membranes was changed from RO to MF by varying the concentration of PSS in the casting solution. Water flux increased with PS-PSS membranes due to the sulfonate groups, and final membrane cast from the solution containing 5% of DVB and 3% of PSS showed MF structure.