• Corrosion Science and Technology
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• 제22권4호
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• pp.242-251
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• 2023

The electrochemical corrosion behaviors of 304 stainless steels (STSs) with various coatings (organic coating and dry coating) were examined, and their applicability as bipolar plates in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) was validated. The results showed that the organic-coated samples had a significant decrease in anodic and cathodic current density compared to the uncoated sample. However, an increase in carbon black content in the organic coating or additional heat treatment at 700 ℃ resulted in a decrease in corrosion resistance. In addition, improvements in corrosion resistance achieved by adding TiO₂ powder to the organic coating were found to be limited. In contrast, dry coating with TiC and CrC exhibited higher corrosion potential, significantly lower current density, and reduced contact resistance compared to the organic coatings. Notably, the TiC-coated sample showed a comparatively lower current density and more stable behavior than the CrC-coated sample. Based on a series of experimental results, a thin TiC coating without defects is proposed as a promising surface treatment strategy for STS bipolar plates in PEMFC.

• 멤브레인
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• 제15권4호
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• pp.355-362
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• 2005

본 연구는 연료전지에 적용 가능한 술폰화된 고분자 이온교환막 개발에 관한 것으로, perfluorocyclobutane ring(PFCB)을 함유한 4,4'-biphenylene perfluorocyclobutyl ether 고분자를 합성하여 이를 술폰화제인 chlorosulfonic acid (CSA)와 용매인 dichloromethane (DCC) 혼합용액을 사용하여 후술폰화시킴으로써 PFCB기를 함유한 술폰화된 biphenylene 고분자 막을 제조하였다. 술폰화된 고분자의 제조시 biphenylene perfluorocyclobutyl ether 고분자와 CSA의 몰비를 각각 1:1, 1:2, 1:3, 1:4로 변화시켜주어 다양한 술폰산기의 함량을 갖는 이온교환막을 제조할 수 있었다. 합성된 화합물과 고분자는 NMR과 GPC를 통해서 분석 및 확인하였고, 술폰화된 막을 이용하여 술폰산기의 함량 변화에 따른 술폰화도, 이온교환용량, 함수율, 이온전도도 등을 측정하였다. 측정 결과, 술폰화도가 증가함에 따라 이온전도도, 이온교환용량 및 함수율이 연속적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.657-666
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• 2022

국제해사기구(IMO)는 국제해운 분야의 온실가스(Green House Gas, GHG) 감축을 위하여 각국의 기술 개발 및 에너지 효율성 제고에 관한 정책 시행을 적극적으로 권장하고 있다. 이러한 IMO의 환경규제와 관련된 정책들은 해운 분야 전반에 큰 영향을 미치고 있으며, 선주들에게도 막대한 부담으로 작용하고 있다. 선박에서 발생하는 GHG 배출을 억제하기 위한 가장 합리적인 방안은 탄소제로배출(Zero Emission) 선박의 개발로 귀결된다. 즉 친환경 연료로 추진하는 연료전지선박(Fuel Cell Ship, FCS)의 개발이 IMO의 규제를 벗어날 수 있는 대안인 것이다. 아시아, 북미, 유럽 등의 각국에서는 독자적으로 PEMFC를 개발 및 생산하여 국제공인등록 기관으로부터 형식승인인증을 획득함으로써 국제표준화의 선점을 추구하고 있다. 현재 다양한 연료전지(Fuel Cell, FC) 중에서 선박용으로 권장하는 것은 크게 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 용융 탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등의 세종류가 있다. 본 연구에서는 글로벌 FC 시장에서 지속적인 성장이 예상되는 PEMFC를 대상으로 하여 국내외 개발 동향, 제조업체별 규격, 성능 및 선박에 적용한 실증적 사례를 분석하였다. 그리고 PEMFC를 선박에 적용할 경우, 고려해야 할 사항과 개발 방향에 관하여 제안하고자 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.75.2-75.2
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• 2010

Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) have received a lot of attention as a power source for both stationary and mobile applications due to their attractive feature. In general, the performance of PEFCs is highly affected by the property of the electrodes. A PEFC electrode essentially consists of a gas diffusion layer and a catalyst layer. The gas difusion layer is highly porous and hydrophobicized with PTFE polymer. The catalyst layer usually contains electrocatalyst, proton conducting polymer, even PTFE as additive. Particularly, the proton conducting ionomer helps to increase the catalytic activity at three-phase boundary and catalyst utilization. Futhermore, it helps to retain moisture, resulting in preventing the electrodes from membrane dehydration. The most widely used proton conducting ionomer is perfluorinated sulfonic acid polymer, namely, Nafion from DuPont due to its high proton conductivity and good mechanical property. However, there are great demands for alternative ionomers based on non-fluorinated materials in terms of high temperature availability, environmental adaptability and production cost. In this study, the electrodes with the various content of the sulfonated poly(ether sulfone) ionomer in the catalyst layer were prepared. In addition, we evaluated electrochemical properties of the prepared electrodes containing the various amount of the ionomers by using the cyclic voltammetry and impedance spectroscopy to find an optimal ionomer composition in the catalyst layer.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.1-11
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• 2010

Current distribution measurement technique based on a segmented bipolar plate (BP) has been widely adopted to visualize the distribution of current density in a polymer electrolyte membrane. However, a concern is raised how closely the current density of a segmented BP can approach that of a corresponding non-segmented membrane. Therefore, in this paper, the accuracy of the measurement technique is numerically evaluated by applying a three-dimensional, two-phase fuel cell model to a $100\;cm^2$ area fuel cell geometry in which segmented BPs and non-segmented membrane are combined together. The simulation results reveal that the errors between the current densities of the segmented BPs and non-segmented membrane indeed exist, predicting the maximum relative error of 33% near the U-turn regions of the flow-field. The numerical study further illustrates that the erroneous result originates from the BPs segmented non-symmetrically based on the flow channels that allows some currents bypassing flow channels to flow into its neighboring segment. Finally, this paper suggests the optimal way for bipolar plate segmentation that can minimize the deviation of current measured in a segmented BP from that of a corresponding membrane region.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.87.1-87.1
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• 2010

Metallic bipolar plate is the one of the promising candidate material for PEMFC because of mechanical strength, low gas permeability, electrical and thermal conductivity. However, the corrosion is the main obstacle of metallic bipolar plate, and many investigations, especially coating on base metal, have been carried out to avoid corrosion. Gold is considered as the one of the best coating material because of its corrosion resistance and electrical conductivity. In this study, gold coated metallic bipolar plate was developed and evaluated. Due to our coating process, gold can be well-adhere to the base material, and hydrophobic material on its gold surface was coated by dipping method for better water management. To verify coating reliability, a single fuel cell(50cm2) was evaluated, and its durability over 4000hrs was demonstrated.

• 전기화학회지
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• 제13권4호
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• pp.277-282
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• 2010

자동차용 고분자전해질 연료전지의 열화는 시동 또는 정지 시에 'reverse-current condition'이라 불리는 현상에 의해 촉진된다. 연료전지 자동차의 운전 종료 후 장시간동안 주차를 해 두면, 대기 중의 공기가 스택 내로 서서히 유입되어 시간이 경과함에 따라 산소분압이 점차 높아져 궁극적으로는 연료극과 공기극의 유로가 모두 공기로 충진된다. 이때 재시동하면서 연료극으로 수소가 공급되면, 연료극 유로 내에 수소와 공기가 공존하게 되고, 연료극에 공기가 존재하는 부위의 공기극에 1.4 V 이상의 높은 전압이 발생하는데, 이를 reverse-current condition 이라고 하며 공기극의 탄소담지체와 백금 촉매 산화의 원인으로 작용한다. 본 연구에서는 재시동시 스택 내에 존재하는 산소의 농도에 따른 열화 현상을 규명하고자 하였다.

• 전기화학회지
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• 제13권4호
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• pp.223-234
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• 2010

본 총설에서는 캐패시터적인 특성을 가지는 다공성 전극의 전기화학특성 분석에 활용되는 임피던스의 복소캐패시턴스 분석법(complex capacitance analysis)의 이론 및 응용에 대해 정리하였다. 이론적으로 캐패시터적인 특성을 갖는 전기화학시스템에 대해 캐패시턴스허수부 도시를 활용하면 효과적인 해석이 가능함이 제시되었다. 또한, 복소캐패시턴스 분석법은 다공성 탄소 재료/전극의 EDLC 특성, 미세기공 내부의 이온전도 특성, 고분자전해질연료전지의 촉매층 이온저항 등의 분석에 효과적으로 적용될 수 있음이 검증되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.205-215
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• 2024

This study introduced a direct contact heat exchanger to enhance the efficiency of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) systems. According to previous research, 28% of the operating costs of fuel cell systems are attributed to heat exchanger devices, prompting the design of a direct contact heat exchanger to address this issue. Optimal configurations were determined through computational fluid dynamics analysis and experimental device fabrication, and the enhanced heat exchange performance of the heat exchanger was experimentally confirmed. Through this, the contribution of the direct contact heat exchanger to the heat management and efficiency enhancement of PEMFC systems was established.

• 전기화학회지
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• 제9권2호
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• pp.89-94
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• 2006

Nafion/poly(ether(amino sulfone)) acid-base 블렌드 고분자 전해질 막을 제조하여 이온전도도, 디메틸 에테르(DME) 투과도를 측정하였으며 이를 이용하여 직접 DME 연료전지 특성을 연구하였다. Poly(ether(amino sulfone)) (PEAS)는 아민기의 치환도가 $0.6\sim2.0$인 것을 합성하였다. Nafion/PEAS 블렌드 전해질 막은 Nafion과 PEAS를 DMF에 용해시켜서 캐스팅하는 방법으로 제조하였다. 블렌드 전해질막은 $100^{\circ}C$ 이상에서도 이온전도도가 계속 증가하였다. Nafion/PEAS-0.6(85:15) 블렌드 전해질막은 $50^{\circ}C$ 이상에서의 수소 이온전도도가 recast Nafion보다 더 높게 나타났으며 $120^{\circ}C$에서의 수소 이온전도도는 $1.42\times10^{-1}S/cm$로 측정되었다. PEAS의 아민기가 많이 치환될수록 블렌드 전해질막의 DME 투과도와 이온전도도는 비례적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. $100^{\circ}C$ 이상 가압 조건에서 Nafion/PEAS 블렌드 전해질막을 사용한 직접 DME 연료전지(DDMEFC)의 최대 전력밀도가 같은 조건에서 Nafion 115를 사용한 것보다 약 50%증가하였다. 이와 같은 DDMEFC의 성능 향상은 블렌드 전해질막이 Nafion과 비교하여 고온에서의 이온전도도가 향상되었고 DME투과도가 감소하였기 때문인것으로 해석된다.