• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제34권4호
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• pp.9-16
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• 2014

A proton exchange membrane is a core component in the proton exchange membrane fuel cell because the role of proton exchange membrane(PEM)is supplying proton conductivity to fuel cell, a gas separator, and insulating between an anode and cathode. Among various role of PEM, supplying proton conductivity is the most important and the proton conductivity is strongly related the structural evolution of PEM by hydration. Thus a lot of studies have done by past few decade based on small angle X-ray scattering and wide angle X-ray scattering for understanding morphological structure of the PEM. Resulting from these studies, several morphological models of hydrated PEM are proposed. Current sensing atomic force microscopy (CSAFM) can map morphology and conductance on the membrane simultaneously. It can be the best tool for studying heterogenous structured materials such as PEM. In this study, the hydration of the membrane is examined by using CSAFM. Conductance and morphological images are simultaneously mapped under different relative humidity. The conductance images, which are mapped from different relative humidity, are analyzed by statistical methode for understanding ionic channel variation in PEM.

• 멤브레인
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• 제30권4호
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• pp.213-227
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• 2020

재생 불가능한 에너지 자원이 수년에 걸쳐 고갈됨에 따라, 재생 에너지 생산을 위한 보다 효과적인 방법에 대한 연구가 증가되었다. 연로전지 개발의 한 분야인 미생물 연료전지(MFC)는 이중 성능의 잠재력 덕분에 발전하였다. MFC는 박테리아와 같은 전극 감소 생물에서 전력을 모아서 전기 에너지를 생산한다. MFC는 폐수를 연료로 사용하여 에너지를 생산하고 폐수를 정화한다. 양성자 교환막(PEM)은 양극과 음극 챔버의 분리막으로, 양성자만 효과적으로 통과할 수 있게 하는 중요한 역할을 한다. Nafion은 MFC에 상업적으로 사용되는 PEM이지만 비용, 생산 시간, 양성자 전도성 차원에서 보완할 점들이 많다. 본 리뷰 논문에는 Nafion을 대체할 수 있는 새로 개발된 PEM 몇 가지를 논의하였다. 또한, PEM, 혼합 PEM 및 복합 PEM에 기반한 MFC를 요약하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.226-234
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• 2018

Even though the nuclear power plants has many advantages, safety issues of nuclear power plants are crucial factors of reliable operation. A tritium detector is a useful sensor to analyze amount of exposed radiation from the nuclear power plants. Currently, concentration of underwater tritium is measured precisely but it takes very long time. Since electrolysis is extracted hydrogen from the coolant of nuclear power plant, it can motivate to develop new type of real-time sensor. In this study, Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyzer is studied for candidate as preprocessor of real-time tritium detector. Characteristics of the unit PEM electrolyzer were experimentally investigated. A simulation model is developed to understand physical behavior of unit PEM electrolyzer under dynamic operation.

• 멤브레인
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• 제26권5호
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• pp.329-336
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• 2016

수소이온 교환막(PEM; Proton Exchange Membrane)은 연료전지 막-전극 복합체(MEA; Membrane-electrode Assembly)를 구성하는 핵심 소재 중 하나로서, 촉매와 함께 연료전지 성능을 결정하는 중요한 역할을 한다. 이러한 수소이온교환막의 성능은 내부에 존재하는 수소이온 전달 통로인 수화 채널의 구조에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 분자 동역학(MD; Molecular Dynamics) 전산모사 기술은 이러한 소재 내부의 분자 및 원자구조를 파악하기 위한 유용한 도구로서, 수소이온 교환막의 구조 및 특성에 관한 많은 관련 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 분자동역학 전산모사 관련 연구에 대한 동향을 정리하고, 이를 통해 어떤 구조적 특징들을 분석할 수 있는지 제시하여, 수소이온 교환막 연구자들과 분리막 연구자들에게 분자동역학 전산모사 기술의 유용성에 대하여 소개하고자 한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2385-2389
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• 2008

This is the experimental research that tries to explain a variety of RH is how to affect the cell performance and the flooding phenomenon of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). A value of PH changes to 0%, 50% and 90% as its variation, either stoichiometric flow rate changes to 1.5, 2 and 4. Into the comparison between theoretical and experimental value, this study analyzes that a variety of PH is how 10 affect flooding in the cathode of the proton exchange membrane fuel cell. The effect of air stoichiometry, air humidity and different flow fields are also discussed in this paper This study has accomplished the measurement of performance as the variety of RH in the cathode of proton exchange membrane fuel cell, moreover it has recorded the visualization of flooding in the cathode with a high-speed micro camera.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.113-120
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• 2010

분리막의 종류 및 환원전극의 특성에 따른 전기발생량 및 미생물 군집을 비교하기 위하여, 분리막 및 환원전극의 특성이 다른 4개의 단위전지로 구성되어 있는 공기환원전극 미생물연료전지(4 air-cathode microbial fuel cell)를 회분식 운전하였다: A) PEM(Proton Exchange Membrane)-30% Wet proofing Carbon Cloth(WC), B) AEM(Anion Exchange Membrane-WC, C) CEM(Cation Exchange Membrane)-WC, D) PEM-No Wet proofing Carbon Cloth(NC). 분리막의 종류에 상관없이 최대전력밀도는 PEM-WC(510.9 $mW/m^2$), PEM-WC(522.1 $mW/m^2$), PEM-WC(504.8 $mW/m^2$)로 유사하였으나, 환원전극이 달랐던 PEM-NC는 218.3 $mW/m^2$으로 낮게 나왔다. 내부저항은 분리막의 종류에 상관없이 20.8-28.2 ${\Omega}$으로 유사하게 나타났다. PCR-DGGE, PCA, 종다양성 분석 결과, 부유미생물 군집은 시간이 경과함에 따라 다르게 나타났으며 기존 MFC 연구에서 보고되었던 uncultured bacteria가 관찰되었다. 한편, 부착미생물 군집은 분리막의 종류에 따라 큰 변화를 나타내지 않았지만, 환원전극의 특성에 따라 군집의 변화가 관찰되었다. 따라서, 기존의 이온교환막을 분리막으로 사용하는 공기환원전극 MFC에서는 환원전극의 선택도 중요한 것으로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제32권5호
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• pp.275-282
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• 2022

현대에는 배터리를 비롯한 수소 기반 에너지가 효율적이라고 널리 알려져 있다.이러한 결과는 수소가 에너지 수송체로써의 높은 효율을 가지고 있다는 사실로부터 기반한다. 자연 친화적이며 높은 순도를 가진 수소는 수전해로부터 제조할 수 있다. 다양한 종류의 전기분해 중, 수소이온 교환막 수전해는 가장 재생 가능하며 싸고 자연 친화적이다. 이는 에너지로써 사용이 되기에 적합한 산소와 수소를 생성한다. 이와 같이 많은 장점이 있기에 활발한 연구가 수소이온 교환막 전기분해에 대해 진행되고 있다. 나피온은 수소이온 교환막으로 널리 쓰이지만, 비싼 비용과 다양한 다른 단점으로 인해 여러 가지 종류의 대체재가 개발되고 있다. 본 총설에서는 크게 나피온과 비나피온(non-Nafion) 기반 수소이온 교환막 수전해로 나누어 다루었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.19-25
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• 2023

PEM (Proton Exchange Membrane) 수전해의 성능향상에 대해 많은 연구개발이 진행되었으나, 내구성에 대한 연구는 아직 초기 단계라고 할 수 있다. 본 연구는 성능향상을 위해 PEM 수전해 구동 온도를 상승시켰을 때, 수전해 내구성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 50~80 ℃ 온도 범위에서 일정 전류 조건으로 구동하면서 전압변화, I-V, CV (Cyclic Voltammetry), LSV (Linear Sweep Voltammetry), Impedance, FER (Fluoride Emission Rate) 등을 측정했다. 운전온도가 상승할수록 열화속도가 증가했다. 50~65 ℃에서는 IrO₂ 전극 촉매 열화가 PEM 수전해 셀의 내구성에 주로 영향을 주었다. 80 ℃에서는 고분자 막과 전극 열화가 비슷하게 진행되어 short 저항이 1.0 kΩ·cm² 이하로 감소하면서 shorting 현상에 의해 구동한지 144시간 만에 성능이 초기의 약 1/3로 감소하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.737-738
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• 2007

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제9권2호
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• pp.99-108
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• 2018

Proton exchange membrane (PEM) water electrolysis systems offer several advantages over traditional technologies including higher energy efficiency, higher production rates, and more compact design. In this study, all the experiments were performed with a self-designed PEM electrolyser operated at 1 atm and $25^{\circ}C$. Two types of electrolyte were used: (i) potassium hydroxide (KOH), and (ii) sulfuric acid ($H_2SO_4$). In the experiments, the voltage, current, and time were measured. The concentration of the electrolyte significantly affected the electrolyser performance. Overall the best case was with 15 wt% $H_2SO_4$ at the anode channel and 20 wt% at the cathode channel with. In addition, increasing the difference in concentration of the sulfuric acid had an effect on the diffusion. The diffusion flux became larger when the difference in concentration became larger, increasing electrolyser efficiency without the addition of extra energy.