PEMFC 고분자 막의 Short 저항 및 Shorting에 관한 연구

오소형 ( Sohyeong Oh ) , 권종혁 ( Jonghyeok Gwon ) , 임대현 ( Daehyeon Lim ) , 박권필 ( Kwonpil Park )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 6~10페이지(총5페이지)

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 고분자 막의 shorting 저항(Shorting Resistance, SR)은 고분자 막의 내구성에 관한 중요한 지표다. SR이 감소하면 shorting 전류(Shorting Current, SC)가 증가하여 내구성과 성능이 감소하고, SR이 약 0.1 kΩ·cm² 이하가 되면 shorting이 발생하여 온도가 급상승하고 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 연소시켜 스택 구동이 종료된다. Shorting 현상을 방지하기 위해서는 SR을 제어해야 하므로 SR에 영향을 주는 조건들에 대해서 연구하였다. SR 측정 방법들에서도 차이가...

TAG PEMFC, Membrane, Degradation, Shorting, Shorting resistance

PEMFC Cathode 산소 조건에서 전극 촉매 내구성 평가

오소형 ( Sohyeong Oh ) , 임대현 ( Daehyeon Lim ) , 박권필 ( Kwonpil Park )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 11~15페이지(총5페이지)

본 연구에서는 전극촉매 내구성 평가를 potentiostat를 사용하지 않고 간단히 로더(Electronic loader)를 사용해 전극을 가속 열화시키는 방법을 개발하고자 하였다. 이를 위해, cathode에 질소를 유입하지 않고 산소를 유입해 자체 발생 전압을 활용해서 계단식 전압변화를 반복해 전극의 내구성을 평가하였다. 정확한 전극 내구평가를 위해 즉 고분자 막이 열화되지 않게 하기 위해 계단식 전압변화에서 고전압은 0.9 V로 낮게하고, 상대습도를 100%하여 라디칼에 의한 고분자 막 열화를 억제하고자 하였다. 전압변화 30,000 cycle (50시간) 만에 전극활성면적이 41.4% 감소했다. 전극은 열화되지만 고분자 막이 열화되지 않음을 수소투과도 증가가 없고 막 두께감소 없으면서 HFR (High Frequenc...

TAG PEMFC, Degradation, Durability, Evaluation, Electrode

Cathode 산소 공급조건에서 고분자막 내구평가 프로토콜의 가습/건조 시간 변화의 영향

임대현 ( Daehyeon Lim ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 정성기 ( Sunggi Jung ) , 정지홍 ( Jihong Jeong ) , 박권필 ( Kwonpil Park )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 16~20페이지(총5페이지)

PEMFC 고분자막의 내구성 향상을 위한 내구성 평가는 PEMFC 발전을 위해 매우 중요하므로 고분자막 내구성 평가 프로토콜(AST) 연구개발이 계속 되고 있다. 최근에 DOE의 고분자막 화학적/기계적 내구성 평가 AST가 개발되어 Nafion XL에 적용해 검토하였다. 평가시간을 단축시키기 위해 공기대신 산소를 Cathode 가스로 사용해 144시간만에 종료하였다. DOE AST가 가습 45초/건조 30초로 전압변화 횟수가 많아서 전극의 열화가 MEA 내구성에 더 많은 영향을 미쳤다. 그래서 가습 60초/건조 300초로 1사이클 시간을 길게하고 가습시간 대비 건조시간도 길게 하여 고분자막을 더 열화시키게 하였고, 240시간에 종료하였다. 고분자막 내구성 평가를 위한 DOE AST가 전극 열화도 동반됨을 확인하였다.

TAG PEMFC, Membrane, Durability, AST, Chemical, Mechanical degradation

Phthalate계 환경호르몬 제거를 위한 Lactococcus lactis를 함유한 Chitosan Nanoparticles의 제조

윤희수 ( Hee-soo Yoon ) , 강익중 ( Ik-joong Kang )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 21~34페이지(총14페이지)

본 연구에서는 Chitosan nanoparticles (CNPs) 와 Lactococcus lactis (L. lac.) 를 흡착제로 사용하여 phthalates의 흡착 실험을 진행하였다. CNPs는 Tripolyphospate (TPP)와의 가교 결합을 통하여 제조되었으며, 제조과정 중에 L. lac.의 도입을 통하여 L. lac.-CNPs를 제조하였다. 모든 흡착제는 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)을 사용하여 특성을 측정하여 다양한 작용기의 존재를 확인하였다. Adsorption isotherm 과 adsorption kinetic 을 통하여 CNPs, L. lac. 및 L. lac.-CNPs 의...

TAG Endocrine hormone, Phthalate, Chitosan nanoparticles, Lactococcus lactis

CNT와 CNF 복합첨가에 따른 Si/SiO₂/C 음극활물질의 전기화학적 특성

서진성 ( Jin-seong Seo ) , 윤상효 ( Sang-hyo Yoon ) , 나병기 ( Byung-ki Na )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 35~41페이지(총7페이지)

차세대 리튬이차전지용 음극활물질로 각광을 받고 있는 실리콘은 높은 이론용량을 가지고 있어 상용화를 하기 위해 많은 연구가 진행되었다. 하지만 실리콘은 충방전시 부피팽창이 심하고, 전기전도도가 낮은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 실리콘 표면에 SiO₂를 형성시키고, 탄소를 코팅함으로써 실리콘의 부반응을 억제시키고 전기전도도를 향상시켰다. 추가적으로 CNF와 CNT를 복합적으로 첨가하여 부피팽창에 대한 완충효과를 부여하고 전기전도도를 향상시켰다. 제조된 샘플은 XRD, SEM, EDS로 물리적 특성 분석을 실시하였으며, 전기화학적 특성은 전기전도도, EIS, CV 그리고 사이클 테스트를 통해 분석하였다. (Si/SiO₂/C)+CNT&CNF 복합체의 경우 다른 샘플들에 비하여 높은 전기전도...

TAG Lithium ion battery, Anode material, Si, SiO₂, Carbon coating, CNF, CNT

Zn와 Al을 첨가한 LiNi_0.85Co_0.15O₂ 양극활물질의 제조 및 전기화학적 특성평가

김수진 ( Su-jin Kim ) , 서진성 ( Jin-seong Seo ) , 나병기 ( Byung-ki Na )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 42~48페이지(총7페이지)

본 연구에서는 LiNi_0.85Co_0.15O₂의 전기화학적 특성과 열적 안정성을 향상시키기 위하여 LiNi_0.85Co_0.15O₂에 이종원소인 Zn와 Al을 함께 첨가하여 고상법으로 합성하였다. 물질의 결정 구조, 크기 및 표면 상태는 XRD, SEM을 이용하여 분석하였고 전기화학적 특성은 충방전기를 이용하여 CV(cyclic voltammetry), 초기 충·방전 프로파일, 출력 특성, 수명특성 등을 측정하였다. Al-O의 강한 결합에너지는 양극활물질의 구조적 안정성을 향상시켰으며, Li⁺와 Ni²⁺의 양이온 혼합을 ...

TAG Lithium secondary batteries, Cathode materials, LiNi₀, 85Co₀, 15O₂, Zn doping, Al doping

PEMFC 고분자막의 화학적 내구성 평가를 위한 Fenton 반응 조건에 관한 연구

오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박지상 ( Jisang Park ) , 정성기 ( Sunggi Jung ) , 정지홍 ( Jihong Jeong ) , 박권필 ( Kwonpil Park )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 49~53페이지(총5페이지)

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 cm²가 적합하였다.

TAG PEMFC, Membrane, Degradation, Fenton reaction, Optimal condition

효소당화 효율 향상을 위한 섬유소계 바이오매스의 고농도 유기용매 전처리 공정

김준석 ( Jun Seok Kim )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 54~59페이지(총6페이지)

섬유소계 바이오매스는 전분질계 바이오매스에 비해 리그닌이 많아 전처리가 필수적으로 요구된다. 섬유소계 바이오매스를 전처리하기 위한 용매인 에탄올은 효소당화(enzymatic hydrolysis)에 저해가 되는 물질을 분별하기 쉬우며, 증류를 과정을 통해 쉽게 재사용이 가능하다. 침출식 전처리 공정은 반응기 내에서 연속적으로 성분을 분별하여 고-액분리가 용이하며 향후 스케일업에서도 유리하다. 본 연구에서는 이러한 장점들을 활용하여 대표 섬유소계 바이오매스인 옥수수대(corn stover)로 전처리를 진행하였으며 해당 공정을 밀대(wheat straw)와 거대억새(miscanthus)에 적용하여 추가적인 바이오매스의 적용 가능성을 확인하였다.

TAG Organosolv pretreatment, Percolation process, Cellulosic biomass

순환 유동층 보일러와 초초임계 증기 사이클을 이용한 500 MW_e급 순산소 화력발전소의 건식 재순환 흐름의 열 교환 및 경제성 분석

김세미 ( Semie Kim ) , 임영일 ( Young-il Lim )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 60~67페이지(총8페이지)

본 연구에서는 CO₂ 포집을 포함하는 500 MW_e 급 전기를 생산하는 순산소 석탄화력발전소에 대한 공정흐름도를 제시하였고, 기술경제성 평가를 수행하였다. 이 석탄화력발전소는 순환 유동층 보일러(CFB), 초초 임계 증기 사이클 증기 터빈, 보일러에서 배출되는 배기가스내 수분과 오염물질을 제거하는 배기가스 정제 장치(FGC), 산소 분리 초저온공정(ASU), 이산화탄소를 분리하는 극저온 공정(CPU)을 포함한다. 건식 배기가스 재순환(FGR)은 CFB연소기내 온도제어와 고농도 CO₂ 배출을 위하여 사용되었다. 이 순산소 석탄화력발전소의 열효율을 증가시키기 위하여 FGR 흐름에 대한 열교환, ASU에서 배출되는 질소 흐름에 대한 열교환, 그리고 CPU 내 기체 압축기의 열 ...

TAG Oxy-coal power plant, CO_{2 capture and storage}, Dry flue gas recirculation, Heat integration, TEA, techno-economic analysis, Energy and exergy efficiencies

불산수용액 누출사고에 대한 초기대응 단계별 영향

최재식 ( Jae Sik Choi ) , 최재우 ( Jae U Choi ) , 심주용 ( Ju Yong Shim ) , 이무철 ( Mu Chul Lee )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2021] 제59권 제1호, 68~76페이지(총9페이지)

화학 및 석유화학 공장과 같은 공정산업에서 위험물질이 누출할 때 초기대응의 중요성은 항상 강조되어 왔다. 그러나 이러한 화학물질의 누출동안 단계별 초기대응에 따른 피해예측에 대한 정량적 분석에 대한 연구는 그 동안 미흡하였다. 이에 본 연구에서는 불산 누출사고 동안에 초기대응의 영향을 조사하고자 하였고, 이를 위해 불산농도 범위에 따른 피해예측 영향거리를 산정할 수 있는 간이식을 우선 도출하였다. 그리고 시스템 다이내믹스 기법을 활용하여 초기대응 단계의 인과지도를 작성하였고, 인과지도에 도출한 간이식을 적용하여 다양한 초기대응 시나리오에 따른 피해예측 영향거리를 분석하였다. 연구결과, 최대피해영향거리와 비교할 때‘누출발견 후 초기조치 시작시간’인 경우 최대 약87%, ‘누출부위 차단조치’는 약 59%, ‘전문진압팀 도착시간’이후 조치는 약 50% 감소율을...

TAG fluoric acid, Initial response, System dynamics

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