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- 저자 : 김수길(Heung Yong Ha) (검색결과 4 건)
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직접 메탄올 연료전지용 대면적 막-전극 접합체 공기극의 위치별 열화 현상
김수길,이은숙,김이영,김장미,조한익,하흥용,Kim, Soo-Kil,Lee, Eun-Sook,Kim, Yi-Young,Kim, Jang-Mi,Joh, Han-Ik,Ha, Heung-Yong 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.2
대면적 ($150cm^2$) 막전극 접합체(MEA)를 사용하는 직접메탄올연료전지(DMFC)의 내구성과 관련하여, 장시간 운전에 따른 공기극의 열화 현상을 공기극면의 위치별로 고찰하였다. 500시간 동안 정전류 조건으로 운전한 대면적 MEA를 공기극 입구, 중간, 출구의 세 부분으로 분할 하여 각각의 MEA에 대한 성능을 관찰한 결과, 대면적 MEA 운전시 홍수 (flooding) 현상이 심했던 공기극 출구 쪽 MEA의 성능 저하가 두드러졌다. 이는 홍수 현상에 의한 촉매의 열화 및 GDL의 박리에 의한 것으로 판단된다. 이 중 특히 촉매의 열화 현상과 관련하여, 출구 방향으로 갈수록 촉매의 전기화학적 활성 면적의 감소가 관찰되나 이는 촉매 입자의 뭉침 (agglomeration) 현상에 의한 것이라기 보다는 촉매 입자의 용해 (dissolution)와 이동 (migration)으로 인한 촉매의 유실 때문인 것으로 판단된다. 전체적인 성능 감소 및 촉매의 열화 정도는 공기극의 홍수와 직접적인 비례관계가 있으며, 이를 해소하기 위한 물관리 기법 및 분리판 디자인의 개선이 요구된다. With respect to the durability of large scale ($150cm^2$) membrane electrode assembly (MEA) of direct methanol fuel cell (DMFC), degradation phenomena at cathode is monitored and analyzed according to the position on the cathode surface. After constant current mode operation of large scale MEA for 500 hr, the MEA is divided into three parts along the cathode channel; (close to) inlet, middle, and (close to) outlet. The performance of each MEA is tested and it is revealed that the MEA from the cathode outlet of large MEA shows the worst performance. This is due to the catalyst degradation and GDL delamination caused by flooding at cathode outlet of large MEA during the 500 hr operation. Particularly on the catalyst degradation, the loss of electrochemically active surface area (ECSA) of catalyst gets worse along the cathode channel from inlet to outlet, of which the reason is believed to be loss of catalysts by dissolution and migration rather than their agglomeration. The extent of loss in the performance and catalyst degradation has strong relation to the cathode flooding and it is required to develop proper water management techniques and separator channel design to control the flooding.
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탄화수소계 전해질막과 저온 전사법을 이용한 DMFC용 MEA 제조
하흥용(Ha, Heung-Yong),김수길(Kim, Soo-Kil) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
A low temperature decal (LTD) transfer method is tried to fabricated hydrocarbon (HC) membrane based MEA. Sandwiched structures of outer ionomer/catalyst/carbon coating/substrate, which had been developed for Nafion membrane, are used for transfer of catalyst to the HC membrane. Performances of the HC MEA before and after 500hr continuous operation are compared and it is found that a severe delamination occurs at the interface between the HC membrane and the catalyst layer, which is the main reason of the low performance and its degradation. The delamination is due probably to the different nature of HC membrane to the Nafion ionomer. A substitutional method, therefore, is suggested to overcome this. In such a way, the outer ionomer process is removed and the low transfer rate of catalyst by skipping the ionomer process is compensated with optimization of other process variables such as transfer time or temperature. The resulting performance is superior to the original LTD method, which can be explained in terms of low resistive components both in ohmic and kinetic.
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In Situ NMR 진단용 원통형 직접 메탄올 연료전지
조한익,엄명섭,한기성,한옥희,하흥용,김수길,Joh, Han-Ik,Um, Myung-Sup,Han, Kee-Sung,Han, Oc-Hee,Ha, Heung-Yong,Kim, Soo-Kil 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.4
본 연구는 연료전지 운전시 전극 촉매 및 전해질막 내에서 발생하는 연료 및 산화제의 산화/환원 반응 메커니즘, 이동현상, 구성품 열화현상 등을 핵자기 공명 (NMR, Nuclear Magnetic Resonance)을 이용하여 연료전지의 분해나 시료 채취 없이 제자리 (in situ) 분석할 수 있는 진단장치용 연료전지 개발에 관한 것이다. NMR에 사용되는 연료전지는 특수하게 제작된 TCD (Toroid Cavity Detector) 탐침 내부에서 작동하여야 하며, TCD 탐침이 가지는 기하학적 제한 요소들로 인해 일반적인 평판형 연료전지와 달리 원통형으로 제작된다. 이로 인해 반응물의 공급이나 생성물의 제거가 어려우며 누수 현상 및 불균일한 압력 분배가 발생하여 성능이 낮다. 따라서, in situ NMR 분석용 연료전지가 가지는 구조상의 특징인 원통형에 적합한 유로를 설계하고 제작하여 물질 전달 특성을 개선해야 할 필요성이 있다. 본 연구에서는 NMR 장비 내의 자기장에 영향을 미치지 않는 비자성 물질을 이용해 원 통형 공기극 유로를 개발하여, 산소의 공급 및 반응물의 제거를 원활하게 하였다. 또한, 체결 압력을막-전극 접합체에 균일하게 분배하여 누수 및 누액을 차단하였다. 이를 통해, 상온에서 약 $36mW/cm^2$의 우수한 성능을 나타내는 in situ NMR 진단용 직접 메탄올연료전지 시스템을 개발하였다. This study is to develop a fuel cell system applicable to an in situ NMR (Nuclear magnetic resonance) diagnosis. The in situ NMR can be used in real time monitoring of various reactions occurring in the fuel cell, such as oxidation of fuel, reduction of oxygen, transport phenomena, and component degradation. The fuel cell for this purpose is, however, to be operated in a specifically designed tubular shape toroid cavity detector (TCD), which constrains the fuel cell to have a tubular shape. This may cause difficulties in effective mass transport of reactants/products and uniform distribution of assembly pressure. Therefore, a new flow field designed in a particular way is necessary to enhance the mass transport in the tubular fuel cell. In this study, a tubular-shaped close-type flow field made of non-magnetic material is developed. With this flow field, oxygen is effectively delivered to the cathode surface and the produced water is readily removed from the membrane-electrode assembly to prevent flooding. The resulting DMFC (direct methanol fuel cell) outperforms the open-type flow field and exhibits $36\;mW/cm^2$ even at room temperature.
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조재형(Jae Hyoung Cho),김장미(Jang Mi Kim),황상엽(Joghee Prabhuram),안동준(Sang Youp Hwang),하흥용(Dong June Ahn),김수길(Heung Yong Ha),Soo-Kil Kim 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10
본 연구에서는 저온 데칼 전사법을 이용하여 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)를 제조하였다. 제조된 MEA는 직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)를 이용하여 성능 테스트를 하였다. 저온 데칼 전사법은 140℃의 낮은 온도에서 촉매 층을 데칼 기판에서 멤브레 인으로 전사시키고, 전사된 촉매 층의 표면에 형성되는 것으로 알려진 이오노머 스킨 층의 형성을 막기 위해 이오노머/촉매/카본/기판의 구조로 되어 있는 데칼 기판을 사용한다. 저온 데칼 전사법으로 제조된 카본 층이 있는 MEA의 DMFC 성능이 카본 층이 없이 데칼 전사법으로 제조된 MEA나 전통적인 고온 데칼 전사법으로 제조된 MEA, 또는 직접 스프레이 코팅법으로 제조된 MEA의 성능보다 높게 나온 것을 알 수 있다. 저온 데칼 전사법으로 제조된 MEA의 DMFC 성능이 향상된 것은 촉매 층 위에 이오노머 스킨이 형성되지 않아 반응물의 확산이 원활하게 이루어지기 때문이다. 이를 위한 특성 분석으로 EIS, CV를 측정하였다.
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