연구발표논문초록 ( 유동화공학 (Ⅱ) ) : 망형 충진물 유동층내 유체유속분포 - 망형 충진물을 통과하는 유체흐름특성 -

박권필,김봉현,전해수 (정) ( Gwun Pil Park,Bong Hyun Kim,Hai Soo Chun ) 한국화학공학회 1985 춘계총회초록집 Vol.- No.-

PEMFC 고분자막의 화학적인 열화에 의한 두께 감소 보정이 성능 및 내구성에 미치는 영향

박권필,오소형,김유진,이승태,유동근 한국화학공학회 2024 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.62 No.1

상용차용 수소 전기 차량 수요가 증가하면서 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) 내구성은 승용차용보다 5배 이상 증가해야 하므로 내구성 향상 연구개발이 시급한 상황이다. PEMFC 막전극접합체 (MEA)가 화학적 열화가 진행되면MEA 두께가 감소하고 핀홀이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 화학적 열화 가속 실험인 개회로전압 (OCV) holding 후에 단위전지의 체결압을 상승시키면서 MEA의 성능 및 내구성의 변화를 측정하였다. 체결압이 상승하면서 고분자막의 저항과 막/전극 접촉저항이 감소하여 I-V 성능이 향상되었고, 수소투과도가 감소하였다. 수소투과도 감소에 따라OCV는 증가하였다. 핀홀 부위를 제거하고 MEA 체결압을 증가시켰을 때 수소투과도가 급감하여 국부적인 열화가 전체 셀의 성능과 내구성에 미치는 영향이 큼을 확인하였다. 핀홀 부위 제거 후 재체결하고 OCV holding 평가를 하였을 때 막 저항과 수소투과도 감소에 따라 내구성이 향상됨을 확인하였다 As the demand for hydrogen electric vehicles for commercial vehicles increases, the durability of PEMFCs must increase more than five times that of passenger cars, so research and development to improve durability is urgent. When the PEMFC membrane electrode assembly (MEA) undergoes chemical degradation, the MEA thickness decreases and pinholes occur. In this study, changes in the performance and durability of the MEA were measured while increasing the clamping pressure of the unit cell after open circuit voltage (OCV) holding, an accelerated chemical degradation experiment. As the clamping pressure increased, the resistance of the polymer membrane and the membrane/electrode contact resistance decreased, improving the I-V performance and reducing the hydrogen permeability. As the hydrogen permeability decreased, the OCV increased. When the pinhole area was removed and the MEA clamping pressure was increased, the hydrogen permeability decreased sharply, confirming that the local degradation has a large effect on the performance and durability of the entire cell. When the pinhole was removed and re-clamping and OCV holding was evaluated, it was confirmed that the durability improved according to the decrease in membrane resistance and hydrogen permeability.

용융탄산염연료전지의 anode 반응에서 물질전달의 영향

박권필,전해수 한국화학공학회 1996 NICE Vol.14 No.1

망사 충전 고정층 반응기의 특성 : 농도 분포

박권필,임종성,전해수,김봉현 한국화학공학회 1992 NICE Vol.10 No.3

전해질 첨가제가 알루미늄 - 공기전지의 성능에 미치는 영향

박권필,전해수 ( Gwun Pil Park,Hai Soo Chun ) 한국공업화학회 1998 공업화학 Vol.9 No.1

알루미늄-공기전지의 4M KOH전해질에 아연화합물과 같은 첨가제를 넣어 수소발생 및 알루미늄의 부식에 미치는 영향을 검토하였다. 첨가제중의 아연화합물들은 수소발생과전압을 증가시키고, TPC(tripotasium citrate)와 CaO는 알루미늄표면에 치밀한 막을 형성하여 수소발생속도와 알루미늄부식속도를 감소시켰다 이들 첨가제들에 의해 고순도알루미늄(순도, 99.999%)의 개회로전위는 양의 방향으로, 알루미늄 No 1050(순도, 99.5%)의 개회로전위는 음의 방향으로 약간 이동했다. 개회로전위에서 첨가제는 수소발생속도와 알루미늄 부식속도를 감소시켰으며, 과전압이 증가할수록 수소발생속도가 감소하여 알루미늄의 이용율이 증가하였다. 높은 전류밀도(>100mA/cm²)에서는 TPC/CaO/ZnO 첨가제에 의해 고순도 알루미늄의 이용율이 In,Ga,Tl 합금 알루미늄의 이용율과 비슷하였다. The effects of additives such as zinc compounds in 4M KOH electrolyte of Al-air cell have been studied. Zinc compounds in electrolyte increased hydrogen evolution overpotential and TPC(tripotasium citrate)/CaO formed fine film on aluminum surface, and these additives decreased hydrogen evolution rate and corrosion rate of aluminum. These additives shifted the OCP in the positive direction on high purity aluminum(purity, 99.999%) and in the negative direction on Al No 1050(purity,99.5%). Addition of two or more additives resulted in the prevention or the reduction of corrosion rate and hydrogen evolution at OCP. As the overpotential on Al electrode increased, the hydrogen evolution rate decreased and the utilization of aluminum increased. At high current density(>100mA/cm²), TPC/CaO/ZnO additives increased the utilization of high purity aluminum up to that of aluminum alloys containing indium, gallium and thallium.

고분자전해질 연료전지에서 고분자 막의 열화 및 내구성 평가

박권필,황병찬,이혜리 한국막학회 2016 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2016 No.05

본 발표에서는 고분자막의 열화(Degradation)원인과 열화 조건, 열화방지 방법, 고분자막 내구성 평가 방법 등에 대해서 논의하고자 한다. PEMFC 고분자 막의 열화원인은 전기화학적인 열화를 포함한 화학적인 열화와 물리적인 열화, 열에 의한 열화로 분류할 수 있다. 고분자 막이 전기화학적열화가 잘되는 조건은 OCV와 같은 높은 전압, 저 가습, 고온, 높은 수소/산소 압력 조건이다. 고분 자막의 내구성을 평가하기 위해서 열화 가속화 기법을 사용하는데, 전기화학적 내구성은 OCV holding 기법을, 물리적 내구성은 Wet/Dry 기법을 일반적으로 사용한다. 이들 내구성 평가 방법에 관한 미국의 DOE 프로토콜과 일본의 NEDO 프로토콜을 비교 검토한다.

PEMFC 고분자막의 기계적 가속 내구 평가 과정에서 유입 가스의 영향

박권필 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.3

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 성능과 가격인하를 위해 고분자막의 두께가 얇아지는 추세에서 내구성을 향상시키는연구가 더욱 중요하게 되었다. 고분자막의 내구성 평가에서 기계적 내구성 평가시간이 화학적 내구성 평가시간보다 2 배 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 전극Pt의 열화속도가 증가하는 것이 주 요인이었다. 유량이 800 mL/min 으로 감소하면 공기와 질소 평가시간이 각각 1.5배, 1.2배 증가했다.

고분자전해질형 연료전지에서 Nafion막 에칭의 영향

박권필,조규진,이건직,전해수,Park Kwon Pil,Cho Gyou Jin,Lee Gun Jik,Chun Hai Soo 한국전기화학회 1999 한국전기화학회지 Vol.2 No.4

고분자전해질형 연료전지에서 에칭한 Nafion막으로 고분자막/전극 어셈블리를 제조하고 그 성능을 측정하였다. 에칭을 함으로서 고분자막과 전극의 접합이 잘 이루어져 hot pressing 압력과 온도를 낮출 수 있었고, 낮은 온도에서 hot pressing이 이루어짐으로서 전지의 성능을 향상시킬 수 있었다. 어셈블리 제조방법중의 하나인 페인팅 방법에서 에칭 된 Nafion막을 이용하면 전지의 성능이 향상됨을 보였으며, 에칭정도에 따라 적당한 양의 전극촉매를 사용해야 함을 보였다. Etched Nafion membrane and electrode assemblies were fabricated and those performances were observed in PEMFC. Adhesion of membrane to electrode increased with abrasion of membrane surface. Membrane surface ething results in reduction of hot pressing temperature, as a consequence, in improving of cell performance. It was found that Nafion etching was effective in painting method. The optimum content of electrode catalyst should be selected according to etching intensity.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)에서 촉매 지지체 가속 열화 조건 변화의 영향

박권필,오소형,한유한,유동근,김명환,박지용,최영진 한국화학공학회 2024 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.62 No.1

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 내구성에 촉매 지지체 내구성이 미치는 영향이 크다. 촉매 지지체의 가속 내구 평가는 높은 전압(1.0~1.5 V)에서 진행되어 촉매층의 촉매와 이오노머 바인더도 같이 열화되어 지지체 내구성 평가에 방해가 된다. 내구성 평가대상인 지지체가 더 열화되는 조건을 찾고자 기존의 프로토콜 (DOE 프로토콜)을 개선하였다. 상대습도를 35% 낮추고 전압변화 횟수를 감소시킨 프로토콜 (MDOE)을 개발하였다. 1.0 ↔ 1.5 V 전압변화 사이클 반복 후에 촉매 비활성도 (MA)와 전기화학적 활성면적 (ECSA), 전기이중층 용량 (DLC), Pt 용해와 입자 성장 등을 분석하였다. 비활성도 감소 40% 도달하는데 MDOE 프로토콜은 500 사이클 밖에 안되어 DOE방법보다 전압변화 횟수를 감소시키면서 카본 지지체 열화를 DOE 프로토콜보다 50% 증가시킬 수 있었다. The durability of the catalyst support has a significant effect on the durability of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). The accelerated durability evaluation of the catalyst support is performed at a high voltage (1.0 to 1.5 V), and the catalyst and ionomer binder in the catalyst layer are also deteriorated, hindering the evaluation of the durability of the support. The existing protocol (DOE protocol) was improved to find conditions in which the support, which is a durability evaluation target, deteriorates further. A protocol (MDOE) was developed in which the relative humidity was lowered by 35% and the number of voltage changes was reduced. After repeating the 1.0 ↔ 1.5 V voltage change cycle, the catalyst mass activitiy (MA), electrochemical active area (ECSA), electrical double layer capacity (DLC), Pt dissolution and particle growth were analyzed. Reaching 40% reduction in mass activity, the MDOE protocol took only 500 cycles, reducing the number of voltage changes compared to the DOE method and increasing the degradation of the carbon support by 50% compared to the DOE protocol.

용융탄산염연료전지용 Ni-Al anode의 젖음성

박권필 순천대학교 공업기술연구소 1995 工業技術硏究所論文集 Vol.9 No.-

Wettability of Ni-Al anode for molten carbonate fuel cell was studied at MCFC anode condition. Meniscus effect was measured by cyclic voltametry in -950~-160mV range and meniscus height was measured at in situ condition. Wettability of Ni-Al anode in molten carbonate(Li/K, 62/38) was larger than that of pure Ni anode. It was seemed that increase of the wettability of Ni-Al anode resulted from LiAlO_2 formation.