• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.507-511
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• 2019

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자막 내구성을 평가하는데 수소투과도가 많이 사용되고 있다. 수소투과도를 쉽게 측정하는 방법으로 선형 주사 전압 측정법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)이 주로 사용된다. 연구자마다 LSV 측정 방법에 차이가 있어 연구 결과를 비교하기가 어려울 때가 많다. 그래서 본 연구에서는 측정하기 어렵지만 정확한 값이라고 할 수 있는 기체 크로마토그래프에 의한 수소투과도와 DOE와 NEDO의 LSV 방법을 비교하여 정확성을 확인하고자 하였다. 온도와 상대습도를 변화시키며 수소투과도를 측정해 비교했을 때, DOE LSV 방법이 GC 방법과 비교해 오차 범위 5%이하의 정확성을 보였다. NEDO LSV 방법은 DOE방법과 같이 0.3V의 전류 값으로 수소투과전류밀도를 결정했을 때 오차는 감소하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제26권3호
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• pp.231-236
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• 2019

Ni hydroxides ($Ni(OH)_2$) are synthesized on Ni foam by varying the hexamethylenetetramine (HMT) concentration using an electrodeposition process for pseudocapacitor (PC) applications. In addition, the effects of HMT concentration on the $Ni(OH)_2$ structure and the electrochemical properties of the PCs are investigated. HMT is the source of amine-based $OH^-$ in the solution; thus, the growth rate and morphological structure of $Ni(OH)_2$ are influenced by HMT concentration. When $Ni(OH)_2$ is electrodeposited at a constant voltage mode of -0.85 V vs. Ag/AgCl, the cathodic current and the number of nucleations are significantly reduced with increasing concentration of HMT from 0 to 10 mM. Therefore, $Ni(OH)_2$ is sparsely formed on the Ni foam with increasing HMT concentration, showing a layered double-hydroxide structure. However, loosely packed $Ni(OH)_2$ grains that are spread on Ni foam maintain a much greater surface area for reaction and result in the effective utilization of the electrode material due to the steric hindrance effect. It is suggested that the $Ni(OH)_2$ electrodes with HMT concentration of 7.5 mM have the maximum specific capacitance (1023 F/g), which is attributed to the facile electrolyte penetration and fast proton exchange via optimized surface areas.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.508-513
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• 2021

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 내구성을 향상시키기 위해서는 필수적으로 고분자막의 내구성이 향상되어야한다. 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 e-PTFE 지지체와 라디칼 제거제(Radical Scavenger)가 첨가된다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 들어간 강화막(Reinforced Membrane)과 비강화막(Non-reinforced Membrane)의 화학적 내구성을 Fenton 반응에 의해 비교하고자 하였다. 라디칼 제거제가 첨가되지 않은 고분자막의 Fenton 실험에서는 작게 절단한 시편의 단면을 통한 과산화수소 용액과 철이온의 흡수율이 강화막에서 더 높아 불소유출농도가 더 높게 나타났다. 라디칼 제거제의 종류와 첨가량에 따라 강화막의 불소유출농도가 3배 이상의 큰 차이가 발생해서 라디칼 제거제의 영향이 지지체의 영향보다 강한 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.333-338
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• 2021

대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H₂ (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다.

• 공업화학
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• 제22권5호
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• pp.518-521
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• 2011

전극면적 $25cm^2$ 고체고분자형 연료전지를 이용하여 수소극의 수분관리에 관한 연구를 진행하였다. 수분관리는 연료전지의 운전에 있어서 가장 핵심적인 인자 중의 하나이다. 본 연구에서는 연료극의 flooding의 위험성이 가장 높은 작동전류밀도 $200mA/cm^2$에서 수소극의 가습 및 온도 등의 운전조건의 변화, 그리고 유로 형상의 영향성을 평가하였다. 또한 연료극과 공기극의 양론비를 변화시킴과 동시에 유로의 형상에 따른 영향성을 파악하기 위한 실험을 실시하였다. 연료전지의 운전에 있어서 연료극과 공기극의 양론비에 따른 수분관리의 영향성을 확인할 수 있었고 또한 온도변화 및 가습조건의 변화에 따른 성능의 변화 역시 관찰할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.49-53
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• 2021

고분자 연료전지(PEMFC) 고분자막의 화학적 내구성을 평가하는데 Fenton 반응이 자주 사용된다. 그러나 과산화수소와 철 이온의 격렬한 반응 때문에 재현성이 낮아 실험 데이터를 비교하기가 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 Fenton 반응에 의한 고분자막 내구성 실험의 재현성을 향상시키기 위한 반응조건을 찾고자 하였다. 과산화수소 농도는 30%로 고정시키고 철이온 농도와 온도, 교반속도, 시료크기를 변화시키며 라디칼에 열화된 Nafion 고분자막의 불소이온 농도를 측정했다. 철이온 농도를 높게하거나 고분자막 시료 크기를 크게하고, Fenton 반응 온도를 80 ℃로 높게하면 실험편차가 커져서 철이온 농도 10 ppm, 온도 70 ℃와 시료크기 0.5 ㎠가 적합하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.7-11
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• 2022

고분자전해질 연료전지의(PEMFC)의 제막 과정에서 성능 및 내구성을 위해 건조와 어닐링의 열처리 과정이 필요하다. 본 연구에서는 고분자막 내구성 향상을 위한 최적의 어닐링 온도에 대해 연구하였다. 125~175 ℃ 온도 범위에서 어닐링하였고, 각 어닐링 온도에서 내구성의 기초 자료로 열 안정성 및 수소투과도를 측정하였다. 펜톤 반응과 OCV holding에 의해 전기화학적 내구성을 분석했다. 165 ℃ 어닐링 온도가 열 안정성과 수소투과도 면에서 최적의 온도였다. 펜톤 반응에서 165 ℃에서 어닐링한 막의 불소유출속도가 제일 낮고, OCV holding 실험에서도 165 ℃에서 어닐링한 막의 수명이 제일 길어, 165 ℃가 고분자막의 내구성을 위한 최적의 온도임을 확인했다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.20-24
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• 2022

고분자전해질연료전지 (PEMFC) 장기사용과정에서스택요소의부식및공급가스의오염에의해막전극합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권4호
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• pp.462-471
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• 2022

In this study, the electrochemical impedance characteristics of CO₂/H₂O co-reduction to produce CO/H₂ syngas were investigated in a low-temperature single cell. The effect of the operating conditions on the single-cell performance was evaluated at different feed concentrations and cell voltages, and the corresponding electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data were collected and analyzed. The Nyquist plots exhibited two semicircles with separated characteristic frequencies of approximately 1 kHz and tens of Hz. The high-frequency semicircles, which depend only on the catholyte concentration, could be correlated to the charge transfer processes in competitive CO₂ reduction and hydrogen evolution reactions at the cathodes. The EIS characteristics of the CO₂/H₂O co-reduction single cell could be explained by the equivalent circuit suggested in this study. In this circuit, the cathodic mass transfer and anodic charge transfer processes are collectively represented by a parallel combination of resistance and a constant phase element to show low-frequency semicircles. Through nonlinear fitting using the equivalent circuit, the parameters for each electrochemical element, such as polarization resistances for high- and low-frequency processes, could be quantified as functions of feed concentration and cell voltage.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.321-326
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• 2022

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 성능과 가격인하를 위해 고분자막의 두께가 얇아지는 추세에서 내구성을 향상시키는 연구가 더욱 중요하게 되었다. 고분자막의 내구성 평가에서 기계적 내구성 평가시간이 화학적 내구성 평가시간보다 2배 이상 소요되므로 내구성 평가 조건을 잘 선택하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 기계적 내구 평가 프로토콜(Wet/Dry)에서 유입가스 종류와 유량에 차이가 있을 때 기계적 내구 평가시간이 얼마나 변하는지 확인하고자 하였다. 2,000 mL/min 유량에서 질소를 사용했을 때 평가시간이 공기를 사용했을 때보다 1.25배 증가했다. 공기 사용시 전극 Pt의 열화속도가 증가하는 것이 주 요인이었다. 유량이 800 mL/min 으로 감소하면 공기와 질소 평가시간이 각각 1.5배, 1.2배 증가했다.