• 세라미스트
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• 제23권2호
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• pp.200-210
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• 2020

Supported catalysts are at the heart of manufacturing essential chemical, agricultural and pharmaceutical products. While the longevity of such systems is critically hinged on the durability of metal nanoparticles, the conventional deposition/dispersion techniques are difficult to enhance the stability of the metal nanoparticles due to the lack of control over the interaction between metal-support. Regarding this matter, ex-solution has begun to be recognized as one of the most promising methodologies to develop thermally and chemically robust nanoparticles. By dissolving desired catalysts as a cation form into a parent oxide, fine and uniformly distributed metal nano-catalysts can be subsequently grown in situ under reductive heat treatment, which is referred to ex-solution. Over the several years, ex-solved analog has resulted in tremendous progress in the chemical-electrochemical applications due to the exceptional robustness coupled with ease synthesis. Herein, we describe the ex-solution process in detail which therein introducing the unique characteristics of ex-solved particles that distinguish them from conventionally dispersed nanoparticles. We then go through the history of science regarding the ex-solution phenomena and summarize several major research achievements which embrace the ex-solved nanoparticles to markedly promote the catalytic performances. In conclusion, we address the remaining challenges and the future perspectives of this rapidly growing field.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.507-511
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• 2019

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자막 내구성을 평가하는데 수소투과도가 많이 사용되고 있다. 수소투과도를 쉽게 측정하는 방법으로 선형 주사 전압 측정법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)이 주로 사용된다. 연구자마다 LSV 측정 방법에 차이가 있어 연구 결과를 비교하기가 어려울 때가 많다. 그래서 본 연구에서는 측정하기 어렵지만 정확한 값이라고 할 수 있는 기체 크로마토그래프에 의한 수소투과도와 DOE와 NEDO의 LSV 방법을 비교하여 정확성을 확인하고자 하였다. 온도와 상대습도를 변화시키며 수소투과도를 측정해 비교했을 때, DOE LSV 방법이 GC 방법과 비교해 오차 범위 5%이하의 정확성을 보였다. NEDO LSV 방법은 DOE방법과 같이 0.3V의 전류 값으로 수소투과전류밀도를 결정했을 때 오차는 감소하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제7권1호
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• pp.161-165
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• 2021

In general, SOFCs mainly use Ni-YSZ cermet, a mixture of Ni and YSZ, as an anode material, which is stable in a high-temperature reducing atmosphere. However, when SOFCs have operated at a high temperature for a long time, the structural change of Ni occurs and it results in the problem of reducing durability and efficiency. Accordingly, a development of a new anode material that can replace existing nickel and exhibits similar performance is in progress. In this study, SrTiO₃, which is a perovskite-based mixed conductor and one of the candidate materials, was used. In order to increase the electrical conduction properties, Y_0.08Sr_0.92Fe_0.3Ti_0.7O₃, doped with 0.08 mol of Y³⁺ in Sr-site and 0.03 mol of transition metal Fe³⁺ in Ti-site, was synthesized and its chemical diffusion coefficient and reaction constant were measured. Its electrical conductivity changes were also observed while changing the oxygen partial pressure at a constant temperature. The performance as a candidate electrode material was verified by predicting the defect area through the electrical conductivity pattern according to the oxygen partial pressure.

• 전기화학회지
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• 제25권2호
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• pp.69-80
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• 2022

고순도 수소생산을 위한 음이온 교환막 수전해는 양성자 교환막 수전해 시스템에서 사용되는 기존 귀금속 촉매 대신 저렴한 비귀금속 기반 촉매를 사용하여 차세대 녹색 수소 생산 기술로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 음이온 교환막 수전해 기술은 개발 초기 단계이기 때문에 음이온 교환막 수전해의 핵심 요소인 음이온 교환막, 이오노머, 전극지지체 및 촉매에 관한 연구 수행이 필요하다. 그 중, 현재 촉매 분야에서 진행되고 있는 연구들은 기개발된 알칼리용 반쪽전지 촉매를 음이온 교환막 시스템에 적용하는 방향의 연구가 진행되고 있으며 적용된 촉매는 낮은 활성도와 내구성의 문제점을 가진다. 이에 본 총설은 알칼리성 매질에서 비귀금속 기반 촉매를 사용하여 산소발생반응 및 수소발생반응을 촉진시킨 촉매 합성 기술을 제시하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권12호
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• pp.4441-4448
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• 2022

The electrochemical oxidation process has been widely studied in the field of wastewater treatment for the decomposition of organic materials through oxidation using ·OH generated on the anode. Pt anode electrodes with high durability and long-term operability have a low oxygen evolution potential, making them unsuitable for electrochemical oxidation processes. Therefore, to apply Pt electrodes that are suitable for long-term operation and large-scale processes, it is necessary to develop a new method for improving the decomposition rate of organic materials. This study introduces a method to improve the decomposition rate of organic materials when using a Pt anode electrode in the electrochemical oxidation process for the treatment of organic decontamination liquid waste. Electrochemical decomposition tests were performed using sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) as a representative organic material and a Pt mesh as the anode electrode. Y₂O₃ particles were introduced into the electrolytic cell to improve the decomposition rate. The decomposition rate significantly improved from 21% to 99%, and the current efficiency also improved. These results can be applied to the electrochemical oxidation process without additional system modification to enhance the decomposition rate and current efficiency.

• 폴리머
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• 제34권6호
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• pp.540-546
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• 2010

본 실험실에서 연구되어진 poly(vinyl alcohol)(PVA)/poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA) 이온교환막에 메탄올 투과도 감소를 위하여 실리카기를 함유하고 또한 프로톤 도너 역할을 할 수 있는 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid(THS-PSA)를 도입하여 가교된 PVA/PSSA-MA/THS-PSA 막을 제조하였다. 제조된 막의 내구성 향상을 위하여 500 ppm $F_2$ 기체를 이용하여 시간에 따라 직접불소화를 실시하였으며, 불소기의 도입에 따른 막의 물리화학적 변화를 관찰하기 위하여 접촉각 특정, 열 중량분석 및 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 통해 확인하였다. 표면불소화된 PVA/PSSA-MA/THS-PSA막의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여 함수율, 이온교환용량, 이온전도도, 메탄올 투과도 측정을 실시하여 상용화된 Nafion 115와 비교하였다. 불소화 시간이 증가함에 따라 도입된 불소의 함량은 최고 4.3%의 함량과 50 nm의 침투 깊이를 나타내었다. 불소화 시간이 60분 경과했을 때 이온전도도는 0.036 S/cm으로 Nafion 115의 0.024보다 향상되었으며, 메탄올 투과도는 $9.26E-08cm^2/s$으로 Nafion의 1.17E-06보다 감소되었음을 확인하였다. 또한 MEA를 제작하여 전류밀도에 따른 셀 전압을 측정하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-12
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• 2011

To improve the mechanical properties, such as durabilities and antioxidative characteristics, the covalently cross-linked (CL-) SPEEK (sulfonated polyether ether ketone)/Cs-substituted HPA (heteropoly acid) organic-inorganic composite membranes (CL-SPEEK/Cs-HPAs), have been intensively investigated. The composite membrane were prepared by blending cesium-substituted HPAs (Cs-HPAs), including tungstophosphoric acid (TPA), molybdophosphoric acid (MoPA), and tungstosilicic acid (TSiA) with cross-linking agent content of 0.01 mL. And composite electrolytes composed of Cs-HPAs, prepared by immersion (imm.) and titration (titr.) methods to increase the stability of HPAs in water, were applied to polymer electrolyte membrane electrolysis (PEME). As a result, the proton conductivity of Cs-substituted composite membranes increased rapidly over $60^{\circ}C$ but mechanical properties, such as tensile strength, decreased in accordance with added Cs content. The bleeding-out of Cs-TPA membranes by titration method (50 vol.% Cs) decreased steadily to 2.15%. In the oxidative stability test by Fenton solution, the durability of membranes with Cs-HPA significantly increased. In case of CL-SPEEK/ Cs-TPA membrane, duration time increased more than 1200 hours. It is expected that even though CL-SPEEK/Cs-MoPA membrane shows the high proton conductivity, electrocatalytic activity and cell voltage of 1.80 V for water electrolysis, the CL-SPEEK/Cs-TPA (imm.) is more suitable as an alternative membrane in real system with the satisfactory proton conductivity, mechanical properties, anti-oxidative stability and cell voltage of 1.89 V.

• 대한환경공학회지
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• 제39권2호
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• pp.82-88
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• 2017

최근, 미생물전기화학기술(microbial electrochemical technology, MET)을 혐기성 소화에 적용하여 바이오가스 발생량을 증대시키는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만, 내부저항에 따른 Scale-up 측면에서는 아직 활발한 연구가 필요하며, 내부저항을 최소화하기 위한 방안으로는 전류밀도가 높은 전극의 선정, 이온강도 및 전기전도도의 증가, 다양한 전극의 형태 및 재질 선정 등이 보고되고 있다. 최근 Stainless steel은 내구성이 강할 뿐만 아니라 비용 역시 저렴하고, 특히 음극으로 사용되는 경우 백금 금속이나 탄소기반의 섬유재질의 전극과 유사한 효율이 나타남에 따라 그 관심이 높아지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 Graphite carbon에 전기전도도 및 전류밀도, 내구성을 향상시킬 수 있는 Ni, Cu, Fe의 코팅 여부와 최근 주목받고 있는 Stainless steel 재질의 판형과 그물망 형태의 전극을 사용하여 전기화학적 특성과 바이오가스 발생량을 비교함으로서 그 효율을 평가하였다. 그 결과, 각 전극 재질에 따른 전류밀도는 $GC-C_M$, GC, SUS-P, SUS-M이 각각 2.03, 1.36, 1.04, $1.13A/m^2$으로 나타났으며, 메탄수율은 $GC-C_M$, GC, SUS-P, SUS-M이 각각 0.27, 0.14, 0.19, 0.21 $L-CH_4/g-COD_{rem.}$로 나타났다. 즉, Stainless 재질의 금속이 코팅된 Graphite carbon과 유사한 전류밀도와 메탄수율을 나타냄을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.175-181
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• 2019

수소연료전지차(FCEV)의 수소연료 공급시스템에서 대용량 감압에 사용되는 기존의 1단 감압 구조 레귤레이터(Regulator)의 경우 높은 감압에 따른 맥동과 느린 응답, 수소 취성, 누설, 고중량, 고비용 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점은 2번에 걸친 감압 메커니즘(2단 구조)을 가지는 2단 레귤레이터 개발을 통해 극복될 수 있으며, 2번째 감압시점에 전자식 솔레노이드 밸브를 적용한다면 폭넓은 출구압력의 제어가 가능하다. 이에 따라 2단 전자식 솔레노이드 밸브를 가지는 레귤레이터의 출구압력 정밀도 향상과 누설방지, 내구성, 경량화, 가격저감 등의 기술개발이 필요한 실정이다. 이중에서도 레귤레이터의 필수적인 성능인 출구압력 정밀도 향상과 누설 방지를 위해 감압 전과 감압 후의 구조부분을 나누어 각각의 초기 내압 적용 후 Valve part가 닫힌 상태(Open Ratio : 0 %)로 가정하여 해석 연구를 진행하였다. 1차감압부의 기밀성과 관련하여 Aluminum Alloy 소재의 사용은 부적절하다고 판단되었고, 서로 다른 금속으로 구성되었을 때는 응력의 변화와 함께 변위 또한 같이 증가하므로 이종 소재를 사용하는 접촉부 구성은 부적절하다고 판단되었다. 2차 감압부의 기밀성과 관련된 변위 측면에서는 Young's Modulus 값이 큰 TPU(Thermoplastic Polyurethane)를 사용하는 것이 비교적 변위량이 작으므로 적절하다고 판단하였고, 기밀성에 대한 기준으로 Case 분석을 진행한 결과 최적 형상을 설계할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.202-207
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• 2022

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전극 열화에 대한 연구는 전극상에서 Pt의 입자 성장 및 활성면적 감소에 대한 연구가 대부분이다. 고분자막과 접해 있는 전극촉매 Pt의 열화는 고분자막 열화에 영향을 주는데, 이와 관련된 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 전극촉매 열화 가속 시험 과정에서 열화된 Pt가 고분자막 내부에 석출되는 현상과 그 영향에 대해서 연구하였다. 백금 열화 속도를 가속화시키기 위해 전압 변화(0.6 V ↔ 0.9 V)를 30,000 사이클까지 반복했다. Cathode에 산소를 유입하면서 전압 변화 사이클을 반복했을 때 질소를 유입했을 때 보다 막 내부에 석출된 Pt의 양이 더 많았다. 전압 변화 사이클 횟수가 증가할수록 막 내부에 석출된 Pt의 양이 증가하였고, cathode에서 용해된 Pt가 anode 쪽으로 이동해 20,000 사이클에서는 막 내부에 전체적으로 균일한 분포를 보였다. 이와 같은 전극촉매 열화 가속 시험과정에서 고분자막의 수소투과 전류밀도는 거의 변하지 않아서, 석출된 Pt가 고분자막의 내구성에는 영향을 주지 않음을 확인하였다.