• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권1호
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• pp.6-10
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• 2016

최근까지 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 열화연구는 대부분 단위전지에서 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC의 구동과 열화는 PEMFC 스택에서 이루어진다. 그래서 본 연구에서는 스택에서 열화가속 시험을 진행하여 단위전지의 결과와 비교하였다. 여러 종류의 열화 가속 시험 중에서 전기화학적 열화와 기계적 열화를 반복해 고분자전해질 막을 열화시키는 방법을 사용했다. 312시간 동안 전해질막을 열화시킨 후 0.6V에서 전류밀도는 스택과 단위전지에서 각각 28.4%, 27.8% 감소했다. 수소 투과 전류밀도는 스택은 16.8% 단위전지는 15.2% 증가했다. 스택과 단위전지에서의 열화 가속 시험 결과가 비슷해 단위전지의 가속 시험 방법을 스택에 적용해도 됨을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권1호
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• pp.68-72
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• 2013

최근까지 대부분의 PEMFC MEA(Membrnae and Electrode Assembly) 열화 연구는 전극과 전해질 막 각각 분리되어 연구되었다. 그런데 실제 PEMFC 운전조건에서는 전극과 전해질 막은 동시에 열화된다. 동시열화과정에서 전극열화와 전해질 막 열화는 상호 작용한다. 본 연구에서는 전극열화가 전해질 막 열화에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 전극 열화 후 전해질 막을 열화시켜 전극 열화없이 전해질 막을 열화시켰을 때와 비교하였다. 열화전후의 I-V 성능, 수소투과전류, 불소이온 유출 속도(FER), 순환 전압측정(CV), 임피던스, TEM 등을 측정하였다. 전극열화에 의해 백금촉매 활성 면적이 감소하고, 이에 따라 백금 상에서 라디칼/과산화수소 발생속도가 감소함으로써 막 열화속도가 감소함을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.21-21
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• 2011

A series of Quasi-Elastic Neutron Scattering (QENS) experiments helps us to understand the single-particle (hydrogen atom) dynamics of a globular protein and its hydration water and strong coupling between them. We also performed Molecular Dynamics (MD) simulations on a realistic model of the hydrated hen-egg Lysozyme powder having two proteins in the periodic box. We found the existence of a Fragile-to-Strong dynamic Crossover (FSC) phenomenon in hydration water around a protein occurring at TL=$225{\pm}5K$ by analyzing Intermediate Scattering Function (ISF). On lowering of the temperature toward FSC, the structure of hydration water makes a transition from predominantly the High Density Liquid (HDL) form, a more fluid state, to predominantly the Low Density Liquid (LDL) form, a less fluid state, derived from the existence of a liquid?liquid critical point at an elevated pressure. We showed experimentally and confirmed theoretically that this sudden switch in the mobility of the hydration water around a protein triggers the dynamic transition (so-called glass transition) of the protein, at a temperature TD=220 K. Mean Square Displacement (MSD) is the important factor to show that the FSC is the key to the strong coupling between a protein and its hydration water by suggesting TL${\fallingdotseq}$TD. MD simulations with TIP4P force field for water were performed to understand hydration level dependency of the FSC temperature. We added water molecules to increase hydration level of the protein hydration water, from 0.30, 0.45, 0.60 and 1.00 (1.00 is the bulk water). These confirm the existence of the FSC and the hydration level dependence of the FSC temperature: FSC temperature is decreased upon increasing hydration level. We compared the hydration water around Lysozyme, B-DNA and RNA. Similarity among those suggests that the FSC and this coupling be universal for globular proteins, biopolymers.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.556-560
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• 2013

최근에 저가의 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 PEMFC 운전 조건에서 Poly(arylene ether sulfone)(PAES) 막과 불소계막의 특성을 비교하였다. I-V 분극곡선, 수소투과도, 전기화학적 표면적, 막저항 및 부하 전달 저항 등을 측정 분석했다. PAES 막은 상대습도 100%에서는 불소계 막과 비슷한 성능을 보였으나 낮은 상대습도에서 이온전도도가 낮아 성능감소가 컸다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.181-186
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• 2016

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly(ether ether ketone)(sPEEK)막의 특성을 술폰화도, 상대습도, 단위 전지 온도에 따라 PEMFC 운전 조건에서 비교하였다. I-V 분극곡선, 수소투과도, 전기화학적 표면적, 막 저항 및 부하 전달 저항 등을 측정 분석했다. 술폰화도와 온도, 상대습도가 높을수록 성능이 높았으며, 특히 낮은 슬폰화도와 낮은 상대습도에서 이온 전도도 감소 때문에 성능이 큰 폭으로 감소함을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권3호
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• pp.305-309
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• 2016

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly (ether ether ketone) (sPEEK) MEA 내구성을 시험하기 위해 열화 가속화 기법을 이용하여 막과 전극이 동시에 열화되는 MEA 열화 실험을 진행하였다. 열화 전과 후에 I-V 분극곡선, 수소투과도, 전극 활성 면적, 막 저항과 부하 전달 저항을 측정하여 열화 전과 후를 비교하였다. sPEEK 막의 수소 투과도는 낮았지만, 저가습 OCV 조건에서 발생하는 라디칼에 Nafion과 같은 불소계막보다 sPEEK 막이 약했다. MEA 열화 실험 결과 144시간 후와 271시간 후 성능이 각각 15%와 65% 감소하였다. 144이후 급격한 성능감소의 주요인은 막에 발생한 핀홀의 Pt/C 입자에 의한 shorting 현상이라고 본다.

• 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.