• 멤브레인
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• 제33권3호
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• pp.127-136
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• 2023

본 연구에서는 실리카 복합막 기반 고분자 전해질막을 5단 연료전지 스택에 적용하여 성능 평가를 수행하였다. 이를 통하여, 개별 구성 요소의 성능도 중요하지만, 전체적인 관점에서 공급되는 연료의 유량이 스택 성능에 중요한 역할을 하며, 특히 수소의 유량에 크게 의존한다는 사실이 확인하였다. 산소의 유량을 증가시켜도 성능의 변화는 미미한 반면, 수소의 유량을 증가시키면 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 수소의 유량 증가는 수소와 산소 유량 비율의 불균형을 초래하여 장기적으로는 스택 성능과 내구성을 저하시키는 문제가 관찰되었다. 이러한 현상을 스택 구성 요소 및 개별 단위 셀에서도 관찰할 수 있었으며, 따라서 스택 운전 시 각 구성 요소의 성능을 최적화하는 것 외에도 균일한 유량 제어를 위해 유로 설계 및 운전 조건을 최적화하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 실리카 복합막은 최대 출력 기준 25 W 이상의 성능을 나타내어 실제 연료전지 시스템에 적용하기에 충분한 성능을 갖춘 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제10권6호
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• pp.450-455
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• 2000

실리콘 소자가 더욱 미세화되면서, 발생되는 power consumption, crosstalk와 interconnection delay 등을 감소시키기 위해 $SiO_2$ 대신에 저유전 상수막의 적용이 고려되어진다. 본 논문에서는, 저유전 상수 층간 절연막 재료로 유망한 폴리이미드의 식각 특성에 $O_2/SF_6$ 가스가 미치는 영향을 연구하였다. 폴리이미드의 식각률을 SF(sub)6 가스의 첨가에 따라 산소와 hydrocarbon 폴리머 간의 반응을 억제하는 비휘발성 물질은 fluorine 화합물의 형성에 의해 감소되었다. 반면에, 기판 전극의 전압 증가는 물리적인 충격을 통해 식각 공정을 증가시켰다. 또한 작은 량의 SF(sub)6 가스 첨가는 식각 topography에 바람직하였다. 폴리이미드 식각을 위한 $SiO_2$ hard mask 사용은 산소 플라즈마 식각 하에서 효과적이었다(선택비-30). 반면에 $O_2SF_6$ 가스 조성은 식각 선택비를 4로 저하시키게 되었다. 이러한 결과를 기초로, $1-2\mu\textrm{m}$ 선폭을 가진 PI 2610의 식각을 원활히 수행할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제17권2호
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• pp.81-92
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• 2007

막 분리공정은 기존의 분리공정이 달성하기 쉽지 않은 많은 공정들을 대체할 수 있기 때문에 관련 학계나 산업체에서 많은 관심을 받고 있다. 특히, 고분자막을 이용한 기체분리공정은 해마다 가파른 성장세를 보이는데 이는 주로 기존의 기체분리공정에 비해 설치가 용이하고 분리공정에 필요한 에너지를 절약할 수 있기 때문이다. 고분자막을 이용한 기체분리의 가장 중요한 요소는 물론 뛰어난 선택적 투과성을 가지는 소재의 개발에 있다. 현재 상업적으로 쓰이고 있는 대부분의 기체분리용 고분자막을 폴리술폰, 폴리카보네이트 및 폴리이미드와 같은 탄화수소계열의 고분자소재이며, 이들은 수소분리, 산소부화, 천연가스에서 이산화탄소분리 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 이와는 상대적으로 불소고분자막들에 대한 기체분리특성은 탄화수소계열의 고분자막에 비교하여 그다지 많이 알려지지는 않았다. 따라서 본 논문에서는 무정형 불소고분자로부터 제조된 고분자막에 대한 기체 및 증기분리특성에 대해 자세하게 살펴보고자 한다. 이러한 불소고분자들은 종종 기존의 탄화수소계열의 고분자막과는 상이한 기체 투과 및 분리특성을 보이며, 따라서 본 논문에서는 이러한 기체분리거동을 활용한 적용방안에 대해서도 알아보고자 한다.

• 폴리머
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• 제39권1호
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• pp.78-87
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• 2015

$30-50{\mu}m$의 입도를 갖는 마이크로캡슐을 목표로 poly(acrylonitrile-co-methyl methacrylate)를 쉘로, n-octane을 코어로 하는 코어-쉘 구조의 열팽창 마이크로캡슐을 합성하였다. SPG 멤브레인 유화 후 현탁 중합하여 기존의 현탁 중합대비 균일한 입자를 합성하였다. 또한 네 가지 안정제 및 다섯 가지 가교제의 종류와 함량에 따른 캡슐의 합성을 진행하였다. Poly(vinyl alcohol)을 안정제로 하여 합성한 캡슐의 표면이 매끈하면서도 균일한 형태를 보였으며, 액체 탄화수소가 코어에 캡슐화된 양 또한 우수하였다. 또한 가교제로 1,4-butnaediol methacrylate (BDDMA)를 첨가했을 때 평균입경 $36.8{\mu}m$의 입자가 균일하게 합성되었다. 또한 BDDMA를 0.05 mol% 함량으로 합성한 입자의 캡슐화 정도가 가장 우수하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.378-378
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• 2009

The ionic liquid-based sulfonated hydrocarbon composite membranes was prepared for use in anhydrous high temperature-polymer electrolyte fuel cells (HT-PEFCs). Ionic liquid behaves like water in the composite membranes under anhydrous condition. However the composite membranes show a low conductivity and high gas permeability as the content of ionic liquid increases due to its high viscosity and content of ionic liquid, respectively. Hence, in order to enhance the proton conductivity and to reduce the gas permeability of the composite membranes with low content of ionic liquids, the acid containing a common ion of ionic liquid was added to the composite membranes. The characterization of composite membranes was carried out using small-angle X-ray scattering (SAXS), thermogravimetric analyzer (TGA) and impedance spectroscopy. As a result, the composite membranes containing acid showed higher proton conductivity than those with no acid under the un-humidified condition due to a decrease in viscosity. In addition, the proton conductivity of composite membranes increased with increasing mole concentration of acid.

• 멤브레인
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• 제27권2호
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• pp.182-188
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• 2017

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)의 전해질막의 화학적 안정성의 향상을 위하여 3-mercaptopropyl silica gel (3MPTSG)과 poly(arylene ether sulfone)(SPAES)을 이용하여 복합막을 제조하였다. 일반적으로 방향족 탄화수소계 고분자막은 전극 부분에서 발생한 라디컬에 의한 고분자 산화가 일어나 내구성이 감소하게 되는데 이는 대부분 주쇄에 포함된 에테르 기 부분의 취약성으로 발생한다. 본 연구에서는 이러한 라디칼에 의한 고분자 주쇄의 산화를 방지하기 위해 친수성의 무기물 입자를 도입하여 이온전도도 감소율을 최소화하고 산화안정성을 높이고자 하였다. 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가하기 위해 접촉각, FT-IR, 이온전도도, 이온교환용량(IEC), 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 실리카의 함량이 0에서 0.5%까지 증가함에 따라 이온전도도 및 함수율은 각각 10% 감소한 0.076 S cm-1 및 16% 감소한 24.6 wt%이었으나, 산화안정성은 10% 향상되었다.

• 에너지공학
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• 제19권2호
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• pp.121-127
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• 2010

본 연구에서는 4,4'-bis[(4-chlorophenyl)sulfonyl]-1,1'-biphenyl(BCPSBP), 술폰화된 하이드로퀴논, 4,4'-sulfonyldiphenol를 이용하여 새로운 폴리(아릴렌 비페닐설폰 에테르) 공중합체를 합성하였고 이들의 특성을 평가하였다. 첨가한 술폰화된 하이드로퀴논의 몰분율에 따라 PBPSEH-HQ00, PBPSEH-HQ10, PBPSEH-HQ30의 고분자전해질막을 합성하였다. 제조한 공중합체의 구조분석은 NMR, IR, GPC를 사용하여 실시하였고, GPC에서 평균분자량은 62,000-213,000 g $mol^{-1}$이며, 이때 PDI는 1.66-4.04였다. TGA와 DSC를 통하여 열분석을 실시하였고, 고분자의 이온화정도가 많아짐에 따라 $T_{d5%}$와 $T_{d10%}$는 낮아 졌으며, $T_g$값은 점점 상승하였다. 함습율과 IEC, 이온전도도는 술폰화된 하이드로퀴논 몰분율이 증가함에 따라 증가하였다. 고분자전해질막에서 중요한 양이온 전도도는 $60^{\circ}C$ 및 100%상대습도에서 약 9.4 mS $cm^{-1}$이었다. 측정된 결과로부터 본 연구에서 제조한 탄화수소계 멤브레인은 연료전지용 고분자전해질막으로 사용될 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권1호
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• pp.107-114
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• 2017

고분자전해질 연료전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell)는 일산화탄소(CO)나 황화수소($H_2S$)가 포함된 연료가 주입될 경우 성능이 저하된다. 일반적으로 멀캅탄 계열의 부취제가 첨가된 탄화수소를 개질하여 생성된 수소에는 미량의 황화수소가 포함되어 있다. 본 연구에서는 황화수소를 수소에 첨가하여 anode에 주입하였을 경우에 연료전지 성능에 미치는 영향을 파악하고, 3가지 다른 회복방법인 순수 수소 주입법, 전위 순환법과 물 순환법을 적용한 경우의 회복률을 비교하여 보았다. PEMFC의 성능은 전기화학적 방법인 polarization curve, electrochemical impedance spectroscopy (EIS)와 cyclic voltammetry (CV)를 사용하여 분석하였다. 피독에 대한 회복방법인 순수 수소 주입법과 전위 순환법을 사용한 경우에는 회복률이 적었고, 물 순환법을 사용한 경우에는 초기에 대비하여 약 95% 이상 성능이 회복된 것을 확인하였다. 직접적으로 피독에 노출된 anode에 물을 흘린 경우의 성능회복률이 높았으며, cathode에 흘린 경우에도 물의 crossover에 의한 효과로 전위 순환법보다 우수한 회복률을 보였다. 이러한 연구결과로부터 황화수소 피독에 대한 회복기법을 구축함으로서 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있고, 불순물이 미량 함유된 저가 수소의 사용을 가능하게 함으로서 연료전지 보급에도 기여할 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권7호
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• pp.558-565
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• 2008

Solid oxide fuel cell(SOFC) has a higher fuel flexibility than low temperature fuel cells, such as polymer electrolyte fuel cell(PEMFC) and phosphoric acid fuel cell(PAFC). SOFCs also use CO and $CH_4$ as a fuel, because SOFCs are hot enough to allow the CH4 steam reformation(SR) reaction and water-gas shift(WGS) reaction occur within the SOFC stack itself. Diesel is a good candidate for SOFC system fuel because diesel reformate gas include a higher degree of CO and $CH_4$ concentration than other hydrocarbon(methane, butane, etc.) reformate gas. Selection of catalyst for autothermalr reforming of diesel was performed in this paper, and characteristics of reforming performance between packed-bed and microchannel catalyst are compared for SOFC system. The mesh-typed microchannel catalyst also investigated for diesel ATR operation for 1kW-class SOFC system. 1kW-class diesel microchannel ATR was continuously operated about 30 hours and its reforming efficiency was achieved nearly 55%.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.474-480
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• 2011

Hydrocarbon is required to be converted to pure hydrogen without carbon monooxide (CO) for polymer exchange membran fuel cell (PEMFC) applications. In this paper, CO cleaning processes as the downstream of Dimethyl ehter (DME) autothermal reforming process were performed in micro-reactors. Our study suggested two kinds of water gas shift (WGS) reaction process: High Temperature shift (HTS) - Low Temperature shift (LTS), Middle temperature shift (MTS). Firstly, using perovskite catalyst for MTS was decreased effieiciency since methanation. Using HTS-LTS the CO concentration was decreased about 2% ($N_2$ & $H_2O$ free) with the reaction temperature of $420^{\circ}C$ and $235^{\circ}C$ for HTS and LTS, respectively. As the final stage of CO cleaning process, preferential oxidation (PROX) was applied. The amount of additional oxygen need 2 times of stoichiometric at $65^{\circ}C$. The total conversion reforming efficiency of 75% was gained.