• 멤브레인
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• 제32권5호
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• pp.292-303
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• 2022

이산화탄소 배출이 없는 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 수송용, 발전용 시스템에 적용 가능한 친환경 에너지 변환장치이다. PEMFC의 주요 구성품 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 구동시간 동안의 높은 수소 이온 전도도와 물리화학적 안정성 갖춘 과불소화계 고분자(perfluorinated sulfonic acid, PFSA) 기반 PEM (PFSA-PEM)이 상용화 되어있다. 하지만 PFSA-PEM의 단점으로 지적되는 낮은 유리전이온도와 높은 기체 투과도의 보완이 요구되고 있다. 이에 본 총설에서는 PFSA-PEM의 성능 향상 및 단점 보완을 위해 1) PFSA의 측쇄부 길이를 조절함으로써 이온교환용량의 증가와 고분자의 결정성을 증가시켜 PFSA-PEM의 능력을 향상시킨 연구와 2) 유/무기 첨가제를 도입하여 수소 이온 전도도 및 물리적 안정성을 향상시키는 복합 막 연구 및 3) 다공성 지지체를 도입하여 PEM의 두께를 효과적으로 감소시켜 막 저항을 효과적으로 줄이고 내구성을 큰 폭으로 개선한 다공-충진막에 관한 연구를 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.254-256
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• 2009

The performances of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis depend on many factors such as materials, geometries, fabrication methods, operating conditions, and so forth. The fabrication method is concerned, membrane electrode assemblies (MEA) are a most important part to show different performances by different fabrication methods. The performance change of PEM water electrolysis was experimentally measured according to the fabrication differences of the anode electrodes. One point of view is the catalyst intrusion rate to the anode gas diffusion layer (GDL), and the other point of view is the catalyst loading distribution in depth of the anode GDL. Results show that the performances of MEA with deep intrusion of the catalysts are better in the range of low current densities but worse at higher current densities. The catalyst loading distribution does not affect significantly to the performance of PEM water electrolyser.

• 신재생에너지
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• 제5권4호
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• pp.75-78
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• 2009

The performances of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis depend on many factors such as materials, geometries, fabrication methods, operating conditions, and so forth. The fabrication method is concerned, membrane electrode assemblies (MEA) are a most important part to show different performances by different fabrication methods. The performance change of PEM water electrolysis was experimentally measured according to the fabrication differences of the anode electrodes. One point of view is the catalyst intrusion rate to the anode gas diffusion layer (GDL), and the other point of view is the catalyst loading distribution in depth of the anode GDL. Results show that the performances of MEA with deep intrusion of the catalysts are better in the range of low current densities but worse at higher current densities. The catalyst loading distribution does not affect significantly to the performance of PEM water electrolyser.

• 공업화학
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• 제21권5호
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• pp.514-521
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• 2010

Solvent-casting 공정을 통해서 제조되는 전형적인 Proton Exchange Membrane (PEM)과는 달리, 일종의 Bulk-Molding Compounds (BMC) Process와 유사한 공정을 사용하여서 실리카 나노 입자들이 나노 크기로 분산된 PEM을 제조하였다. 즉, 반응성 분산제인 Urethane Acrylate Nonionomer (UAN)와 Styrene, Styrene Sulfonic Acid (NaSS), 실리카 나노입자를 Dimethyl Sulfoxide (DMSO) 단일 용매에 혼합시키고 라디칼 개시제 존재 하에서 Mold내에서 공중합을 수행하면, 표면 특성이 각기 다른 실리카 나노 입자들이 나노 크기로 분산된 Poly(urethane acrylate-styrene-styrene sulfonic acid) random copolymer Membrane 즉 일종의 실리카/고분자 Nanocomposite Membrane이 제조될 수 있었다. 실리카 나노 입자들의 Membrane에서의 분산성은 TEM을 이용하여서 확인할 수 있었다. 제조된 Membrane은 분산된 실리카 나노입자들의 표면 특성에 따라서 각기 다른 수팽윤도 및 수소이온전도도 변화 거동을 나타내었다. Membrane에 친수성 실리카 나노 입자들이 분산된 경우에는, Membrane의 수팽윤도가 다소 증가되었지만 거의 일정한 수소 이온 전도도를 나타내었다. 그러나 Membrane의 메탄올 투과도는 상대적으로 크게 감소되었다. 반면에 Membrane에 분산된 소수성 실리카 나노 입자들이 분산된 경우에는, 수팽윤도는 크게 감소되었지만 수소 이온전도도는 거의 변화하지 않았다. 즉 소수성 실리카 나노입자들은 소수성 도메인에 분산되어서 친수성 도메인이 팽윤되는 것을 억제시키지만 수소 이온전도성에는 영향을 미치지 않기 때문이다. 따라서 membrane의 수팽윤도와 수소이온전도성을 실리카 나노 입자들의 표면 특성을 이용하여서 자유로이 조절이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 흥미로운 것은 실리카 나노 입자를 membrane에 분산시키는 것만으로도 수소 이온 전도성을 유지시키면서 수팽윤도를 현저하게 저하시킬 수 있다는 것이다.

• 멤브레인
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• 제22권3호
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• pp.155-170
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• 2012

연료전지는 석유엔진과 비교하여 높은 전류밀도와 효율성, 그리고 친환경적이기 때문에 21세기 들어 대체 발전시스템으로서 각광받아왔다. 연료전지 시스템에서 고분자 전해질 막은 핵심부품으로써 현재 Nafion막이 연료전지시스템에서 사용 중이지만 높은 제조단가와 고온에서 낮은 전도도를 가지는 단점을 가지고 있다. 그러므로 많은 학자들이 낮은 제조단가, 높은 물리적 특성들을 달성하기 위한 연구를 진행하여 왔으며 연료전지의 상용화와 동시에 고성능의 연료전지의 개발을 위하여 많은 방법들이 개발되어 왔다. 그중, 유무기 복합막은 유기물과 무기물의 물성을 균일하게 조합할 수 있으므로 잠재성을 가지고 있는 제조방법이다. 본고에서는 다양한 무기물이 사용되어 제조된 유무기 복합막의 연구동향에 대하여 조사하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.469-475
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• 2008

본 논문에서는 소형 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지 스택의 마이크로프로세서를 이용한 제어에 관하여 소개한다. 연료전지 제어의 핵심 기술인 스택 내부의 수분 관리는 부하에 의해 요구되는 연료와 온도에 따른 냉각용 공기의 유량을 적절하게 조절하고, 잉여수분을 스택으로부터 배출시킴으로써 성취된다. 이러한 주변장치(BOS: Balance of Stack)의 제어는 시스템의 안정적인 운전을 좌우하는 중요한 요소이기 때문에 이를 정확하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 최적 운전조건에서 공기유량과 퍼지주기를 측정하고 이를 바탕으로 BOS를 제어함으로써 BOS의 소비전력을 최소화하여 연료 효율을 향상시킬 수 있었으며, 이를 실험을 통해 검증하였다. 마이크로프로세서를 이용하여 개발된 제어기는 시스템의 운전 안정성을 향상시켜 소형 연료전지 스택의 제어에 널리 사용될 것으로 기대된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.331-337
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• 2017

Proton Exchange Membrane Water Electrolysis (PEMWE) is one of the most popular and widely used methods for hydrogen production. PEMWE contributes to eco-friendly system via its energy storage system application, hence making it environmentally friendly to use. However, its main drawback is contamination of proton exchange membrane during water electrolysis. Existing cation such as magnesium, calcium and the likes are the cause for membrane contamination. As a result, the cation contamination give rise to degradation of performance of electrolysis and the reverse electrolysis is effective method to remove cation.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2003년도 추계 총회 및 학술발표회
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• pp.61-63
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• 2003

A major research objective related to proton exchange membrane(PEM) for DMFC is to achieve high proton conductivity over 10$^{-2}$ S/cm, high hydrolytic stability and low methanol permeability with low cost base materials. for the purpose, a lot of thermoplastic polymers such as polysulfones, polyethersulfone, polyetherketones, polyimides, polyoxadiazole, polyphosphazene and polybenzimidazol have been investigated. Amongst those polymers, polyimides have been suggested as a potential PEM due to their excellent thermal, chemical stability and good mechanical properties. Generally, polyimides are synthesized by polycondensation with numerious diamines and dianhydriedes. In our study, polyimide was prepared using non-sulfonated diamine, sulfonated diamine directly synthesized by fuming sulfuric acid, and naphthalenic dianhydride to improve the hydrolysis stability under acidic condition. Through monomer sulfonation-subsequent polymerization method, the high proton conducting capability and the desired sulfonation level were effectively controlled at the same time. To reduce severe methanol transport through the membrane, the chemical crosslinking among polymer chains was introduced using various crosslinking agents with different chain lengths. The crosslinked sulfonated polyimide membranes showed high proton conductivity up to 8.09$\times$10$^{-2}$ S/cm and from crosslinking effect methanol transport through the membranes was considerably reduced as compared with unmodified membranes. For increase of chain length of crosslinker, methanol permeability was adversely reduced to 10$^{-8}$ $\textrm{cm}^2$/s due to decrease of IEC and increase of crosslinking desity.

• 대한화학회지
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• 제59권5호
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• pp.413-422
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• 2015

연료전지는 수소와 산소를 연료로 하여 전기를 생산해 내는 장치로, 전기분해에 의해 음극에서 생성된 수소이온을 양극으로 전달할 수 있는 전해질을 필요로 한다. 전해질로써 Nafion과 같은 불소계 고체 고분자 막이 개발되어 왔으나, 고온에서의 수소이온 전도도 감소 및 높은 함수율에 따른 안정성 감소 등의 문제로 인해 새로운 연료전지용 고분자 전해질 막의 개발을 필요로 하였다. 본 연구에서는 술폰산기가 밀집된 구조를 갖는 단량체를 이용함으로써 높은 수소이온 전도도를 확보하고 이에 따른 고분자 막의 높은 함수율은 고분자 사슬 내에 나이트릴(CN) 작용기를 친수성 올리고머에 함께 도입함으로써 고분자 사슬간 쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해 극복할 수 있도록 하였다. 결과적으로 물리적 가교가 형성된 고분자 막들은 높은 함수율 대비 우수한 치수안정성을 나타내었으며, 모든 조성에서 Nafion-117 고분자막에 비해 낮은 IEC값을 가짐에도 불구하고 보다 높은 전도도를 나타내었다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2004년도 Proceedings of the second conference of aseanian membrane society
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• pp.29-32
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• 2004

Reduction of methanol crossover in proton exchange membranes (PEMs) can be achieved by 1) the selection of materials, 2) the morphology control, and 3) the adequate crosslinking [1, 2]. The selection of polymer matrix of PEM for direct methanol fuel cells (DMFCs) is very important because the proton conductivity and methanol permeability are largely dependent upon the properties of polymers.(omitted)