체외배양조건이 개 미성숙난자의 체외성숙에 미치는 영향

박치훈,윤종택,이호준,최은주 한국발생생물학회 2002 한국발생생물학회 학술발표대회 Vol.14 No.-

분자동역학을 이용한 분리막용 소재로 사용되는 고분자 소재의 신장거동 연구

박치훈,강호성 한국막학회 2022 멤브레인 Vol.32 No.1

최근 들어 컴퓨터 및 소프트웨어 기술의 발달로 전산모사 관련 연구가 급격하게 늘어나고 있는데, 특히 원자의 개수 및 모델 크기의 문제로 기존에는 많은 제약을 받던 고분자 관련 다양한 전산모사 결과들이 발표되고 있다. 본 연구에서 는 고분자 소재를 필름형태의 분리막으로 활용하기 위한 중요한 특성 중 하나인 기계적 특성을 분자동역학 전산모사를 이용 하여 분석하고자 하는 연구를 진행하였다. 이를 위하여 이미 관련 물성이 널리 보고되어 있는 상용 고분자 소재인 poly- ethylene (PE)과 polystyrene (PS)을 대상으로 선정하여 주쇄길이 차이를 통한 각 고분자들의 인장특성을 비교하였고, 최종적 으로 분자동역학 전산모사의 기계적 특성 분석이 적합한지 확인하고자 하였다. 밀도, radius of gyration, scattering 분석을 통 해 본 연구에서 제작된 모델이 실제 실험에서 얻어진 기계적 특성 경향과 잘 일치함을 알 수 있었고, 따라서 분자동역학 전 산모사를 이용한 기계적 특성 분석이 다양한 고분자 소재들의 분자 구조에 따른 기계적 특성을 예측할 수 있게 해주며, 실제 실험에서는 적용하기 어려운 다양한 변수들을 반영한 기계적 특성 해석도 가능하게 해 줄 것으로 기대된다.

과량의 수화상태에서 음이온 전도성 이오노머의 분자동역학 전산모사 연구

박치훈,강호성,이소영,김형준,이창현 한국막학회 2022 멤브레인 Vol.32 No.6

지속적인 화석연료의 과도한 소비는 지구온난화와 기후환경 위기를 초래하고 있다. 이에 따라 화석연료의 대체에너지 중 수소에너지가 주목받고 있는데, 수소에너지는 공해물질의 배출이 없고 자원적인 제약이 없다는 장점이 있다. 이에따라 물의 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 수전해 시스템 및 수소에너지를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템과 관련된 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 수전해 시스템과 연료전지의 핵심 소재 중 하나인 음이온전도성 이오노머 소재를 대상으로 과량의 수화 상태를 반영하여 3D 이오노머 모델을 제작하였다. 최종적으로 과량의 수화상태에서 이오노머의 구조적인 안정성과 성능 분석을 통해, 수전해 시스템과 연료전지의 핵심 소재인 음이온 전도성 이오노머설계에 있어서 성능향상 인자를 제시하고자 하였다.

수소전기차용 분리막 연구에 있어서 컴퓨터 시뮬레이션의 응용

박치훈 한국막학회 2022 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2022 No.11

탄화수소계 고분자-실리카 복합막이 적용된 연료전지 스택 성능평가

박치훈,강현우,황두성,이영무 한국막학회 2023 멤브레인 Vol.33 No.3

In this study, the electrochemical performance of a 5-layer fuel cell stack using silica composite membranes as polymer electrolyte membranes was evaluated. It was observed that the flow rate of the fuel gases plays a crucial role in stack performance, particularly being mainly dependent on the flow rate of hydrogen. Increasing the flow rate of oxygen resulted in negligible changes in performance, whereas an increase in the flow rate of hydrogen demonstrated performance improvements. However, this led to an imbalance in the ratio of hydrogen to oxygen flow rates, causing significant degradation in stack performance and durability. A decline in stack performance was also observed over time due to the degradation of stack components. This phenomenon was consistently observed in individual unit cells. Based on these findings, it was emphasized that, in addition to optimizing the performance of each component during stack operation, it is important to optimize design and operating conditions for uniform flow rate control. Lastly, the developed silica composite membrane was assessed to have sufficient performance for application in actual fuel cell systems, exhibiting a performance of over 25 W based on maximum power. 본 연구에서는 실리카 복합막 기반 고분자 전해질막을 5단 연료전지 스택에 적용하여 성능 평가를 수행하였다. 이를 통하여, 개별 구성 요소의 성능도 중요하지만, 전체적인 관점에서 공급되는 연료의 유량이 스택 성능에 중요한 역할을하며, 특히 수소의 유량에 크게 의존한다는 사실이 확인하였다. 산소의 유량을 증가시켜도 성능의 변화는 미미한 반면, 수소의 유량을 증가시키면 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 수소의 유량 증가는 수소와 산소 유량 비율의 불균형을 초래하여 장기적으로는 스택 성능과 내구성을 저하시키는 문제가 관찰되었다. 이러한 현상을 스택 구성 요소 및 개별 단위 셀에서도 관찰할 수 있었으며, 따라서 스택 운전 시 각 구성 요소의 성능을 최적화하는 것 외에도 균일한 유량 제어를 위해 유로 설계 및 운전 조건을 최적화하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 실리카 복합막은 최대 출력 기준 25 W 이상의 성능을 나타내어 실제 연료전지 시스템에 적용하기에 충분한 성능을 갖춘 것으로 판단된다.

Morphological effect on proton transport of sulfonated polyimide membranes

박치훈,이창현,박호범,이영무 한국고분자학회 2004 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.2004 No.04

분리막 기술에 있어서 분자 전산모사의 응용

박치훈 한국막학회 2016 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2016 No.05

분자 전산모사는 다양한 화학물질들을 원자 및 분자 수준에서 모델화하여 전산모사를 수행하는 방법으로서, 실험적으로 분석하기 어려운 화학 구조상의 특 징들이 그 물질의 특성에 미치는 영향을 파악하는데 도움을 줄 수 있다. 특히, 고분자 분리막의 경우 화학구조가 복잡하고, 이런 복잡한 요소들이 전체 특성에 영향을 미치기 때문에 원자나 분자들의 개별적인 영향을 파악하기 매우 어렵기 때문에, 분자 전산모사 기술이 유용하게 활용되어질 수 있다. 본 발표에서는 다양한 분자 전산모사 기술의 장단점 및 가능성/한계 등을 소개하여 분리막 연구 자 들이 분자 전산모사 기술을 활용하는 데에 있어서 도움을 주고자 한다.

Disulfonated Copolyimide-Boehmite Nanocomposite Fuel Cell Membranes with Improved Chemical Resistance

박치훈,이창현 한국고분자학회 2015 Macromolecular Research Vol.23 No.1

Here we present a fundamental investigation of a conceptual strategy for simultaneously strengtheningthe tolerance to radical degradation, and improving the proton conduction capability, of polymer electrolyte membranes(PEMs) for fuel cells. A random disulfonated polyimide (SPI) containing 1 wt% of hydrophilic silica nanoparticlesis used as a polymer matrix model, for dispersing boehmite nanoparticles, with the help of a non-ionic surfactant,L92. The mixture of boehmite and L92 in the micelle form results in enhanced boehmite distribution to a certaincontent. Boehmite nanoparticle acts as an inorganic scavenger to decompose hydrogen peroxide, known as a radicalpresursor, and as an inorganic conductor to transport protons owing to their acidity in PEMs. When proton conductivityand electrochemical single cell performance are considered, the optimal boehmite content chosen in this studyis 2 wt% in the SPI matrix. This study provides valuable information on the rational design of chemically durableand proton-conductive fuel cell membrane materials.

전산모사를 이용한 고분자 분리막 특성 분석

박치훈 한국막학회 2017 한국막학회 총회 및 학술발표회 Vol.2017 No.11

고분자 분리막을 구성하고 있는 고분자의 종류에 따른 화학구조는 고분자 분리막의 특성을 결정짓는 가장 중요한 요소가 된다. 그러나, 고분자의 경우 다양한 주쇄 구조 및 작용기 구조, 그리고 복잡한 구조적 특징을 갖기 때문에, 기존의 실험적인 방법을 통한 분석으로는 정확한 내부 구조를 파악하는 데에 한계가 있다. 양자역학, 분자동역학 등 분자 전산모사 기술은 이러한 고분자의 내부 구조를 원자 및 분자 수준에서 직접 파악하는 데 도움을 줄 수 있다. 이외에도 메조스케일 전산모사 기술은 원자를 그룹화하여 하나의 구슬(bead)로 표현을 하기 때문에 더 큰 분자 구조의 모사가 가능하고 이를 통하여 상분리 등의 특성 분석에 효과적이다. 본 발표에서는 이러한 다양한 전산모사 기술을 이용한 고분자 분리막의 특성 분석에 대해 소개하고자 한다.

메조스케일 전산모사를 통한 술폰화 폴리이미드의 수화채널 형성 연구

박치훈,이소영,이창현 한국막학회 2017 멤브레인 Vol.27 No.5

연료전지용 고분자 전해질막에 있어서 가장 중요한 특성인 수소이온 전달 능력은 내부에서 형성되는 수화채널의 분포 및 형상에 큰 영향을 받게 된다. 비과불화탄소계인 탄화수소계 전해질막의 경우, 과불화탄소계 전해질막인 나피온에 비 하여 이러한 수화채널이 약하게 형성되는 것으로 알려져 있으며 따라서 상대적으로 낮은 이온전달 성능을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 컴퓨터를 이용한 전산모사 기술의 하나인 메조스케일 전산모사 기술을 이용하여 탄화수소계 연료전지용 전해질막인 술폰화 폴리이미드의 가습조건에서의 수화채널 형성 및 상분리 현상을 관찰하였다. 이를 통하여 술폰 화 폴리이미드 내부에서 물분자 비드는 친수성 영역 전체에 걸쳐서 고르게 분포되며 명확한 수화 클러스터는 높은 술폰화도 에서만 형성되는 것이 관찰되었다. 또한, 술폰화 폴리이미드 모델은 저가습 상태에서 수화 채널을 형성하는데에 나피온 모델 에 비하여 더 어렵다는 것이 관찰되었다. 이러한 결과들은 비과불화불소계인 탄화수소계 전해질막의 수화채널 형성에 대한 기존 이론을 명확하게 뒷받침하고 있으며, 술폰화 폴리이미드의 전도도 경향도 잘 설명을 하고 있다. 따라서 메조스케일 전산 모사 기술은 연료전지용 전해질막의 상분리 현상 및 수화채널을 분석하고 이온전도 특성을 규명하는 데에 있어서 매우 효과 적인 기술이 될 수 있다는 것을 확인하였다. The most important characteristic of the polymer electrolyte membranes (PEMs) for fuel cells, the proton conducting ability is mainly influenced by the distribution and morphology of the water channels inside the PEMs. Non-perfluorinated hydrocarbon PEMs are known to have weaker water channels than perfluorinated PEM, Nafion, and thus relatively low proton conducting ability. In this study, we used a mesoscale simulation technique to observe the water channel formation and phase separation behavior of hydrocarbon PEM, sulfonated polyimides, under the humidification condition. It was observed that the water molecules were distributed evenly through the entire hydrophilic region, and clear water clusters were formed only in the sulfonated polyimide having high sulfonation degree. In addition, it was observed that sulfonated polyimides have a difficulty in forming water channel under the low hydrated condition. These results clearly support the theories of the formation of water channels in non-perfluorinated hydrocarbon PEMs, and also well explain the tendency of proton conducting abilities of sulfonated polyimides. Thus, it is confirmed that mesoscale simulation techniques can be very effective in analyzing phase separation behavior and water channel formation in PEMs for fuel cells and elucidating the ion conducting abilities.