• 공업화학
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• 제25권3호
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• pp.292-299
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• 2014

본 연구에서는 바나듐 레독스 흐름전지의 효율을 향상시키고자 탄소펠트에 열산화 반응과 암모니아수 처리를 이용하여 질소가 도핑된 탄소펠트 전극을 제조하였다. 또한 제조된 탄소펠트 전극의 전기화학적 특성평가를 위하여 CV 실험 및 충/방전 실험을 실시하였다. 암모니아수 처리온도가 증가함에 따라 탄소펠트 표면의 질소 관능기가 증가함을 XPS를 통하여 확인하였으며, CV 측정 결과 암모니아수 처리된 탄소펠트는 열산화된 탄소펠트에 비하여 산화/환원의 반응성이 우수함을 확인하였다. 충/방전 실험결과 $300^{\circ}C$에서 암모니아수 처리한 탄소펠트 전극은 열산화된 탄소펠트 전극보다 에너지효율, 전압효율, 전류효율이 각각 약 6.93, 1.0, 4.5%씩 향상됨을 알 수 있었다. 이는 질소 관능기가 탄소펠트 전극과 전해질 사이의 전기화학적 성능 향상에 도움을 주었기 때문으로 사료된다.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.279-282
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• 2007

개질기에서 생산된 수소를 연료전지용 연료로 사용할 때에는 개질수소가 포함하고 있는 일산화탄소가 막-전극접합체의 촉매를 피독시켜서 연료전지 성능이 크게 감소된다. 본 논문에서는 개질수소에 포함된 일산화탄소가 스퍼터링 공정으로 제조된 박막층에 의하여 개선된 막-전극접합체의 성능에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 실험결과 Pt와 Ru박막은 MEA의 단위전지 성능을 개선하였으며, 금속박막은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 산화전극으로의 공기주입 운전기법은 막-전극접합체의 일산화탄소에 대한 내구성을 증가시켰다. 게다가 Pt, Ru그리고 PtRu박막은 공기주입 운전에 영향을 주는 것으로 확인되었다.

• 폴리머
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• 제27권1호
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• pp.46-51
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• 2003

본 연구에서는 적절한 반응 삼상 계면대를 형성하기 위해서 카본블랙과 활성 탄소섬유를 혼합하여 연료전지의 전극을 제조하고, 전극 삼상 계면대의 변화를 고찰하였다. 활성 탄소섬유의 직량비에 따른 백금의 담지량과 백금 입자크기는 각각 원자흡광분석기와 X-선 회절기를 사용하여 분석하였다. 또한 비표면적( $S_{BET}$), 미세기공도 및 기공크기분포(PSD)를 포함하는 전극의 기공구조는 BET를 이용하연 고찰하였으며, 주사전자현미경을 이용하여 전극 삼상 계면대의 형태를 관찰하였다. 실험 결과, 백금의 담지율은 활성 탄소섬유의 첨가에는 큰 영향을 받지 않았다. 반면에, 전극 삼상 계면대는 30% 활성 탄소섬유를 카본블랙에 첨가하였을 경우 더 향상되었는데 이는 촉매의 활성점을 제공하는 미세기공 영역이 증가하였기 때문으로 사료된다.다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.412-412
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• 2016

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 식물의 광합성원리와 매우 유사한 작동원리를 갖고 있는 전지이며, 간단한 구조, 저렴한 제조단가, 친환경성 등의 등의 장점으로 인하여 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 빛을 받아들인 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물을 통해 이동되고 전해질의 산화환원 과정을 통해 염료 분자가 다시 환원되는 순환메커니즘을 따르고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 산화물을 포함하는 작업전극, 산화환원 반응을 통해 전자를 염료로 보내는 전해질, 환원 촉매역할을 하는 상대전극으로 구성되어 있다. 특히, 상대전극으로는 우수한 촉매특성과 높은 전도성을 갖는 백금이 가장 많이 이용되고 있지만 가격이 비싸고 요오드에 취약하기 때문에 상용화에 큰 장애물이다. 따라서, 백금을 대체하기 위해 저가의 탄소나 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 중 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNFs)는 높은 표면적과 뛰어난 화학적 안정성으로 촉매효율을 증대시킬 수 있어 촉매물질로서 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 상대전극에 탄소나노섬유기반 복합체를 합성하였고, 성공적으로 저가격 및 고성능의 염료감응 태양전지를 제작하였다. 이때, 지지체인 탄소나노섬유는 전기방사법을 통해 합성하였으며, 수열합성법을 이용하여 금속산화물을 담지하였다. 이렇게 제작된 탄소나노섬유-Fe2O3 복합체는 scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy 통해 구조적, 화학적 특성을 평가하였으며 전기화학적 특성 및 광전변환 효율을 분석하기 위해 cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, 그리고 solar simulator를 사용하였다. 본 학회에서 위와 관련된 더 자세한 사항에 대해 논의할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.349-349
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• 2011

탄소나노튜브의 전자방출 특성을 활용하면 저전압으로 냉전자를 빠른 스위칭 속도로 전자를 용이하게 제어가 가능하다. 이로 인한 고성능 엑스선 소스를 이용하여 의료영상진단과 보안검색 분야에서 많이 사용될 것으로 예상이 된다. 본 연구에서는 고성능 탄소나노튜브 기반 엑스선의 미소초점 형성을 위한 전자 방출 시뮬레이션을 실시하였다. 3극관(애노드, 게이트, 캐소드)에서 2개의 포커싱 전극을 추가한 5극선관의 전자방출 궤적에 대한 시뮬레이션을 진행하였다. 3극관을 구성하여 애노드와 게이트에 일정 전압을 정해준 후, 2개의 포커싱 전극의 전압, 포커싱 전극간의 거리, 그리고 포커싱 전극의 내부직경을 조절함으로써 애노드 상에서의 전자의 초점이 작아지는 것을 알 수 있었다. 마이크로 포커스 엑스레이 소스는 의료영상진단에 있어서 고해상도 의료기기로의 응용이 가능하다.

• 전기화학회지
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• 제7권1호
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• pp.38-43
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• 2004

전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization(CDI) 공정용 전극으로 탄소에어로젤에 실리카젤이 첨가된 다공성 탄소에어로젤 복합전극을 사유하여 1,000ppm NaCl수용액에서 10회와 100회 동안 싸이클을 변화시켜 탈염과 재생 특성에 대한 충전과 방전 시 시간에 따른 전류변화, 싸이클에 대한 전하량 변화, 그리고 CDI효율을 조사하였다. Paste rolling법으로 제조된 탄소에어로젤 복합전극은 CDI반응진행에 대한 전극 활물질의 탈락이 없이 전극의 성형성이 크게 향상되었고, 전극시트 제조시간을 $50\%$ 이상 단축시킬 수 있었다. 10분동안 충전과 방전으로 10회 싸이클까지의 전하량 결과를 살펴보면, $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 C복합전극의 평균 충전 전하량이 실리카젤이 첨가되지 않은 A전극에 비해 $3\%$ 증가하였으며, 평균 방전 전하량은 $7\%$증가하였다. 5분동안 충전과 방전으로 100회 싸이클까지 평균 충전 전하량을 보면 $25w1.\%$와 $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 B복합전극과 C복합전극은 A전극에 비해 각각 $6\%,\;14\%$증가하였으며, 또한 평균 방전 전하량도 각각 $9\%,\;21\%$증가하여 복합전극의 전하량 특성이 매우 우수하였다. 100회 싸이클까지의 CDI효율은 싸이클이 진행되면서 $70\%$ 이상으로 안정하게 유지하였고, 100회 싸이클에서는 B 복합전극이 $72.3\%$, C 복합전극이 $74.0\%$로 A 전극$(63.1\%)$보다 $10\%$이상 우수한 CDI 효율을 나타내었다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2002년도 춘계총회 및 학술발표회
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• pp.38-38
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• 2002

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.453.2-453.2
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• 2014

그래핀을 수직으로 성장한 형태인 탄소나노월(Carbon nanowall; CNW)은 탄소를 바탕으로 하는 다른 나노물질에 비해 표면적이 상당히 넓은 물질로 전극에 활용하여 소자 성능향상을 기대 할 수 있다. 또한 탄소를 기반으로 하는 나노 구조물중에서 가장 높은 표면밀도를 가진다. CNW를 차세대 염료감응형 태양전지(Dye sensitised solar cells; DSSC)의 상대전극으로 사용한다면 기존대비 광변환 효율을 향상시킬 수 있어 새로운 상대전극으로 활용 가능하다. 또한 CNW는 다른 촉매 없이 직접성장이 가능함으로 불순물 제거공정이 필요하지 않고, 공정시간이 짧아 대량생산에 용의하다. 본 연구에서는 마이크로웨이브 PECVD 장비를 사용하고 메탄(CH4)을 반응가스로 사용하여 CNW 하부전극을 제조하였다. CNW 하부전극의 광 변환효율을 관찰하기위해서 합성시간을 변화를 주었다. 제조된 DSSC의 광 변환 효율을 측정하기 위해 Solar simulator 장비를 사용하여 제작된 cells의 효율을 측정하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.757-764
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• 2012

본 연구에서는 흑연섬유직물로 이루어진 산화전극의 표면을 하이드로젤 및 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체를 이용하여 표면을 개질하였다. 개질된 산화전극이 미생물연료전지의 성능향상에 미치는 영향을 회분식 시스템을 이용하여 평가하였으며, 개질하지 않은 흑연섬유직물 및 흑연펠트 산화전극과 비교하였다. 미생물연료전지의 전력밀도는 산화전극 및 환원전극의 성능에 크게 영향을 받았다. 최대전력밀도는 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체로 흑연섬유직물 표면을 개질한 산화전극을 사용한 경우 $1,162mW/m^2$로서 표면개질을 하지 않은 흑연섬유직물 산환전극을 사용한 미생물연료전지에 비하여 27.7% 향상되었다. 산화전극 표면을 개질에 사용된 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체는 산화전극 표면의 생물친화도와 전도성을 증가시키고 활성화저항을 크게 감소시킬 수 있는 우수한 표면개질제로 평가되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.550-556
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• 2022

당, 알코올, 유기산 및 아미노산 등과 같은 다양한 유기물에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 효소 연료전지의 성능은 anode 뿐만 아니라 cathode에도 큰 영향을 받는다. 본 연구의 목적은 laccase 기반의 고성능 cathode 전극을 개발하는데 있다. 효소, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 효소 복합체를 제조하고 이를 전극 표면에 다층으로 부착하며 층수 및 탄소나노튜브의 첨가 유무가 전극 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 전극 표면에 효소-전자전달체(Lac-(PVI-Os-dCl))의 층수가 증가할수록 전극에서 발생되는 환원 전류량이 증가하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 효소-전자전달체 복합체 전극(Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl))이 Lac-(PVI-Os-dCl) 전극에 비하여 1.7배 많은 환원 전류를 생성하였다. Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)과 Lac-(PVI-Os-dCl)의 비율을 변화시키며 적층한 전극들에서 2층의 Lac-(PVI-Os-dCl)과 2층의 Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)으로 구성된 전극이 가장 많은 양의 환원 전류(10.1±0.1 µA)를 생성하였다. 단일 층의 Lac-(PVI-Os-dCl)로 구성된 cathode를 사용하는 셀과 최적화된 cathode를 사용하는 셀의 최대 생산 전력밀도는 각각 0.46±0.05와 1.23±0.04 µW/cm²였다. 본 연구 결과는 전극 표면에 laccase, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 복합체의 적층 최적화를 통해 cathode 및 이를 이용하는 효소 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.