• Title/Summary/Keyword: Electrochemical active surface area

검색결과 72건 처리시간 0.032초

금 처리를 통한 PEDOT 마이크로튜브 전극의 과산화수소 검출 특성 향상 (Enhanced Sensitivity of PEDOT Microtubule Electrode to Hydrogen Peroxide by Treatment with Gold)

  • 박종서;손용근
    • 폴리머
    • /
    • 제38권6호
    • /
    • pp.809-814
    • /
    • 2014
  • 전류 감응형 바이오센서에 응용하기 위해 전도성 고분자 마이크로튜브 어레이를 제작하였다. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrenesulfonic acid)(PEDOT/PSS) composite을 전도성 접착제로 하여 템플릿을 전극에 고정한 후 EDOT을 전기화학적으로 중합하였다. 마이크로튜브 어레이는 자체의 넓은 표면적으로 인해 감도 높은 바이오센서로 응용될 수 있으나, 주요 표적물질 중의 하나인 과산화수소에 대한 전기화학적 반응이 느렸다. 과산화수소 산화에 대한 감도를 향상시키기 위해 어레이 전극에 금을 도포하였다. 증착법과 전기화학적 석출법 두 가지 방법을 시도하여 금을 처리하였는데, 이렇게 처리한 전극은 모두 과산화수소에 대한 반응이 크게 향상되었다. 따라서 전도성 고분자 마이크로튜브 어레이에 금을 도포함으로써 과산화수소를 표적물질로 하는 감도 높은 바이오센서 제작이 가능할 것으로 기대된다.

구형 스피넬계 LiMxMn2-xO4 (M = Al, Mg, B) 양극소재의 입자치밀도와 전지성능간의 상관관계에 대한 연구 (Relationship between Particle Density and Electrochemical Properties of Spherical LiMn2-xMxO4 (M = Al, Mg, B) Spinel Cathode Materials)

  • 김경희;정태규;송준호;김영준
    • 전기화학회지
    • /
    • 제15권2호
    • /
    • pp.67-73
    • /
    • 2012
  • 본 연구에서는 습식분쇄, 구형화 분무건조 및 열처리 공정을 통해 구형의 $LiMn_{2-x}M_xO_4$(M = Al, Mg, B) 스피넬계 양극소재를 합성하고, 이의 전기화학적 성능을 평가하였다. $MnO_2$ (Tosoh, 91.94%), $Li_2CO_3$ (SQM, 97%), $MgCO_3$ (Aldrich, 99%), $Al(OH)_3$ (Aldrich, 99%) 및 $B_2O_3$ (Aldrich, 99%)를 원료로 사용하였으며, 분무건조공정에서 전구체의 구형화도 증가를 위해 PAAH 바인더를 첨가하였다. 200~500 nm 크기로 분쇄된 혼합 슬러리 용액으로부터 분무건조법을 통해 구형의 전구체를 제조하고, 이를 다양한 조건에서 열처리하여 최종 스피넬계 $LiMn_{2-x}M_xO_4$ (M = Al, Mg, B) 양극소재를 제조하였다. 제조된 구형의 $LiMn_{2-x}M_xO_4$ (M = Al, Mg, B) 양극재료는 이종원소 치환량, 특히 Boron 치환량에 따라 입자 표면 및 내부의 치밀도가 변화하는 것을 확인할 수 있었으며, 치밀도가 증가함에 따라 소재의 출력특성이 향상되었으며, 최적 조성의 양극소재는 상온 5 C 용량이 0.2 C 용량 대비 90% 이상이 됨을 확인하였다. 또한 표면의 치밀도도 증가함에 따라 $60^{\circ}C$ 고온 충방전 조건에서 수명특성이 향상되어 500회 사이클 이후에도 초기용량의 80% 이상을 유지하였다.

다공성 탄소층이 코팅된 하이브리드 표면 구조를 갖는 산소 환원 반응용 PtCo 합금 나노 촉매 (Hybrid PtCo Alloy Nanocatalysts Encapsulated by Porous Carbon Layers for Oxygen Reduction Reactions)

  • 장정희;모니카 샤르마;성후광;김순표;정남기
    • 한국재료학회지
    • /
    • 제28권11호
    • /
    • pp.646-652
    • /
    • 2018
  • During a long-term operation of polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs), the fuel cell performance may degrade due to severe agglomeration and dissolution of metal nanoparticles in the cathode. To enhance the electrochemical durability of metal catalysts and to prevent the particle agglomeration in PEMFC operation, this paper proposes a hybrid catalyst structure composed of PtCo alloy nanoparticles encapsulated by porous carbon layers. In the hybrid catalyst structure, the dissolution and migration of PtCo nanoparticles can be effectively prevented by protective carbon shells. In addition, $O_2$ can properly penetrate the porous carbon layers and react on the active Pt surface, which ensures high catalytic activity for the oxygen reduction reaction. Although the hybrid catalyst has a much smaller active surface area due to the carbon encapsulation compared to a commercial Pt catalyst without a carbon layer, it has a much higher specific activity and significantly improved durability than the Pt catalyst. Therefore, it is expected that the designed hybrid catalyst concept will provide an interesting strategy for development of high-performance fuel cell catalysts.

전기화학적 산화를 위한 삼원 전이 금속 코팅 불용성 산화 전극 제조에 관한 연구 (A Study on the Preparation of Ternary Transition Metal Coated-Dimensionally Stable Anode for Electrochemical Oxidation)

  • 박종혁;최장욱;박진수
    • 공업화학
    • /
    • 제32권4호
    • /
    • pp.409-416
    • /
    • 2021
  • 불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

고분자전해질 연료전지 내구성 향상을 위한 시동 기술 개발에 관한 연구 (Development of a Durable Startup Procedure for PEMFCs)

  • 김재홍;조유연;장종현;김형준;임태훈;오인환;조은애
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
    • /
    • 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
    • /
    • pp.288-294
    • /
    • 2009
  • Various polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) startup procedures were tested to explore possible techniques for reducing performance decay and improving durability during repeated startup-shutdown cycles. The effects of applying a dummy load, which prevents cell reversal by consuming the air at the cathode, on the degradation of a membrane electrode assembly (MEA) were investigated via single cell experiments. The electrochemical results showed that application of a dummy load during the startup procedure significantly reduced the performance decay, the decrease in the electrochemically active surface area (EAS), and the increase in the charge transfer resistance ($R_{ct}$), which resulted in a dramatic improvement in durability. After 1200 startup-shutdown cycles, post-mortem analyses were carried out to investigate the degradation mechanisms via various physicochemical methods including FESEM, an on-line $CO_2$ analysis, EPMA, XRD, FETEM, SAED, FTIR. After 1200 startup-shutdown cycles, severe Pt particle sintering/agglomeration/dissolution and carbon corrosion were observed at the cathode catalyst layer when starting up a PEMFC without a dummy load, which significantly contributed to a loss of Pt surface area, and thus to cell performance degradation. However, applying a dummy load during the startup procedure remarkably mitigated such severe degradations, and should be used to increase the durability of MEAs in PEMFCs. Our results suggest that starting up PEMFCs while applying a dummy load is an effective method for mitigating performance degradation caused by reverse current under a repetition of unprotected startup cycles.

  • PDF

리튬이온이차전지에서 결정성 탄소재료가 탄소부극 특성에 미치는 영향 (The Effect of Crystalline Type of Carbonaceous Materials on Performance of the Carbon Anode for Lithium Ion Secondary Battery)

  • 김현중;이철태
    • 공업화학
    • /
    • 제9권7호
    • /
    • pp.1059-1064
    • /
    • 1998
  • 본 연구는 리튬이온 이차전지용 탄소전극을 개발하기 위하여 다양한 종류의 흑연과 MCMB6-28을 대상으로 이루어졌다. 이들의 층간거리는 $3.358{\sim}3.363{\AA}$, BET 비 표면적은 $2.95{\sim}26.15m^2/g$이었다. 이들의 전기화학적 특성은 층간거리가 크고 적절한 크기의 BET 비 표면적을 가질 때 리튬의 삽입과 탈삽입 거동이 우수하였다. 다양한 결정성계 탄소전극 활물질에 도전재로 KJ-Black을 0, 3, 5wt% 첨가하였을 때 도전제의 함량이 많을수록 전극과 전해질의 계면저항은 작아지나 3wt%를 첨가하였을 때 우수한 가역성을 보였다. 정전류 충 방전 시 인가되는 전류밀도를 증가시킴에 따라 탄소부극의 방전용량은 작아졌다.

  • PDF

Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells용 Pt/C 캐소드 전극촉매 특성에 미치는 반응 온도 (Various Temperatures Affecting Characteristics of Pt/C Cathode Catalysts for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)

  • 유성열;강석민;이진아;이충균;류호진
    • 한국재료학회지
    • /
    • 제21권3호
    • /
    • pp.180-185
    • /
    • 2011
  • This study is aimed to increase the activity of cathodic catalysts for PEMFCs(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells). we investigated the temperature effect of 20wt% Pt/C catalysts at five different temperatures. The catalysts were synthesized by using chemical reduction method. Before adding the formaldehyde as reducing agent, process was undergone for 2 hours at the room temperature (RT), $40^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, $80^{\circ}C$ and $100^{\circ}C$, respectively. The performances of synthesize catalysts are compared. The electrochemical oxygen reduction reaction (ORR) was studied on 20wt% Pt/C catalysts by using a glassy carbon electrode through cyclic voltammetric curves (CV) in a 1M H2SO4 solution. The ORR specific activities of 20wt% Pt/C catalysts increased to give a relative ORR catalytic activity ordering of $80^{\circ}C$ > $100^{\circ}C$ > $60^{\circ}C$ > $40^{\circ}C$ > RT. Electrochemical active surface area (EAS) was calculated with cyclic voltammetry analysis. Prepared Pt/C (at $80^{\circ}C$, $100^{\circ}C$) catalysts has higher ESA than other catalysts. Physical characterization was made by using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM). The TEM images of the carbon supported platinum electrocatalysts ($80^{\circ}C$, $100^{\circ}C$) showed homogenous particle distribution with particle size of about 2~3.5 nm. We found that a higher reaction temperature resulted in more uniform particle distribution than lower reaction temperature and then the XRD results showed that the crystalline structure of the synthesized catalysts are seen FCC structure.

에틸렌글리콜 양 조절에 의해 제조된 팔라듐구리 촉매를 이용한 개미산연료전지 성능평가 (Performance Evaluations of Direct Formic Acid Fuel Cell (DFAFC) using PdCu Catalysts Synthesized by Control in Amount of Ethylene Glycol)

  • 양종원;김래현;권용재
    • 한국수소및신에너지학회논문집
    • /
    • 제27권3호
    • /
    • pp.283-289
    • /
    • 2016
  • In this study, electrochemical characterizations of PdCu/C catalysts that are synthesized by modified polyol method are investigated. Most of all, amount of ethylene glycol (EG) that is used as main component for catalyst synthesis is mainly modulated to optimize synthetic condition of the PdCu/C catalyst, For evaluations about catalytic activity and performance of direct formic acid fuel cell (DFAFC), half cell and full cell tests are implemented. As a result, when amount of EG is 4M, catalytic activities of the PdCu/C catalyst such as peak current of formic acid oxidation and active surface area are best, while maximum power density of DFAFC using the optimized PdCu/C catalyst is better than that using commercial Pd/C (30 wt%) by 6%. Based on that, PdCu/C catalyst synthesized by modified polyol method plays a critical role in improving (i) catalytic activity for formic acid oxidation and (ii) DFAFC performance by employing as anodic catalyst.

Waste coffee grounds-derived nanoporous carbon nanosheets for supercapacitors

  • Park, Min Hong;Yun, Young Soo;Cho, Se Youn;Kim, Na Rae;Jin, Hyoung-Joon
    • Carbon letters
    • /
    • 제19권
    • /
    • pp.66-71
    • /
    • 2016
  • The development of nanostructured functional materials derived from biomass and/or waste is of growing importance for creating sustainable energy-storage systems. In this study, nanoporous carbonaceous materials containing numerous heteroatoms were fabricated from waste coffee grounds using a top-down process via simple heating with KOH. The nanoporous carbon nanosheets exhibited notable material properties such as high specific surface area (1960.1 m2 g−1), numerous redox-active heteroatoms (16.1 at% oxygen, 2.7 at% nitrogen, and 1.6 at% sulfur), and high aspect ratios (>100). These unique properties led to good electrochemical performance as supercapacitor electrodes. A specific capacitance of ~438.5 F g−1 was achieved at a scan rate of 2 mV s−1, and a capacitance of 176 F g−1 was maintained at a fast scan rate of 100 mV s−1. Furthermore, cyclic stability was achieved for over 2000 cycles.

가로-세로 비율에 따른 염료감응형 태양전지의 최적 조건 도출 및 모듈 제조 (The Deduction of the Optimal Length to Width Ratio of Dye-sensitized Solar Cell and the Fabrication of a Module)

  • 김희제;박성준;최진영;서현웅;김미정;이경준;손민규
    • 전기학회논문지
    • /
    • 제58권1호
    • /
    • pp.100-106
    • /
    • 2009
  • A novel 8 V DC power source with an external series-parallel connection of 50 Dye-sensitized Solar Cells (DSCs) has been proposed. One DSC has the optimized length to width ratio of $5.2{\times}2.6\;cm$ and an active area $8\;cm^2$ ($4.62{\times}1.73\;cm$) which attained a conversion efficiency of 4.02%. From the electrochemical impedance spectroscopic analysis, it was found that the resistance elements related to the Pt electrode and electrolyte interface behave like that of diode and the series resistance corresponds to the sum of the other resistance elements. Surface morphology and sheet resistance of Pt counter electrode did not degrade the performance of the cell. This novel 8V-0.33A DC power source shows stable performance with an energy conversion efficiency of 4.24% under 1 sun illumination (AM 1.5, Pin of $100\;mW/cm^2$).