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Impurities in the methanol fuel on the performance of direct methanol fuel cell
백동현(Peck, Dong-Hyun),이재혁(Lee, Jae-Hyuk),박영철(Park, Young-Chul),임성엽(Lim, Seongyop),김상경(Kim, Sang-Kyung),정두환(Jung, Doo-Hwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
The impurities in the methanol fuel that is used for direct methanol fuel cell (DMFC) could greatly affect the performance of membrane electrode assemblies (MEA). The most common impurities in the commercial methanol fuel are mainly ethanol, acetone, acetaldehyde, or ammonia. In this study, the effect of impurities in methanol fuel was investigated on the performance of MEA. The MEA for DMFC were prepared using a semi-automatic bar-coating machine, which can prepare the catalyst layer with uniform thickness for MEA. As a result, a single cell supplied with one of the 6 different kinds of methanol fuels showed a significant degradation of the fuel cell performance. The most common impurities in the commercial methanol fuel is mainly ethanol, acetone, acetaldehyde, or ammonia. The effects of the kind and the concentration of impurities in the methanol fuels were investigated on the performance of MEA for DMFC. We will propose the optimum compositions and limit concentration of impurities in methanol fuel for high performance of MEA for DMFC.
방사선 그라프트 PFA-폴리스티렌 멤브레인으로 제조한 직접 메탄올 연료전지용 MEA의 성능과 특성
강세구,백동현,김상경,임성엽,정두환,박영철,신준화,강필현,노영창,설용건,Kang, Se-Goo,Peck, Dong-Hyun,Kim, Sang-Kyung,Lim, Seong-Yop,Jung, Doo-Hwan,Park, Young-Chul,Shin, Jun-Hwa,Kang, Phil-Hyun,Nho, Young-Chang,Shul, Yong-Gun 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.2
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)용의 새로운 고분자 전해질 멤브레인을 개발하기 위하여 스티렌 단량체를 poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) 필름에 그라프트 중합 반응시킨 후에 술폰화 반응을 진행하였다. $\Upsilon$-ray를 이용하여 방사선 그라프트 중합 반응시킨 방사선 그라프트 필름의 술폰화 반응은 chlorosulfonic acid/dichloroethane (5 v/v%) 혼합 용액에서 진행하였다. PFA 그라프트 폴리스티렌 멤브레인 (PFA-g-PSSA)의 화학적, 물리적, 전기화학적 및 형태의 특성은 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR), 이온전도도 측정기 및 주사전자현미경 (SEM)으로 분석하고 함수율과 메탄올 투과도도 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제작한 MEA의 단위전지 성능을 평가하였고, 전지의 셀 저항은 임피던스 분석 장치를 이용하여 측정하였다. PFA-g-PSSA 멤브레인으로 제조한 MEA는 Nafion 112로 제조한 MEA보다 우수한 DMFC 성능을 나타내었다. In order to develop a novel polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cell (DMFC), styrene monomer was graft-polymerized into poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) film followed by a sulfonation reaction. The graft polymerization was prepared by the $\Upsilon$-ray radiation-grafting method. Subsequently, sulfonation of the radiation-grafted film was carried out in a chlorosulfonic acid/1,2-dichloroethane (2 v/v%) solution. The chemical, physical, electrochemical and morphological properties of the radiation-grafted membranes (PFA-g-PSSA) were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The water uptake, ionic conductivity, and methanol permeability of the PFA-g-PSSA membrane were also measured. The cell performances of MEA prepared with the PFA-g-PSSA membranes were evaluated and the cell resistances were measured by an impedance analyzer. The MEA using PFA-g-PSSA membranes showed superior performance for DMFCs in comparison with the commercial Nafion 112 membrane.
고체산화물 연료전지용 (Ca,Sr)도핑된 LaCrO<sub>3</sub>계 세라믹 연결재 코팅층의 특성 연구
이길용,백동현,송락현,Lee, Gil-Yong,Peck, Dong-Hyun,Song, Rak-Hyun 한국전기화학회 2005 한국전기화학회지 Vol.8 No.4
본 연구는 Pechini법을 이용하여 Ca과 Sr이 도핑된 $LaCrO_3$계의 $La_{0.6}Ca_{0.41}CrO_3$ (LCC41), $La_{0.8}Sr_{0.05}Ca_{0.15}CrO_3$, (LSCC), $La_{0.75}Ca_{0.27}CrO_3$ (LCC27) 분말들을 제조하여, 분말의 소결 특성 및 코팅층의 특성을 조사하였다. 제조된 LCC41, LSCC, LCC27 분말은 각각 0.6, 0.9, $1.5{\mu}m$의 평균 입자크기를 가졌으며, LCC41의 경우 $1400^{\circ}C$에서 98% 이상의 소결 밀도를 나타내었다. 연료극 지지체상의 LSCC 코팅은 LCC41층에 있는 Ca의 이동을 어느 정도 억제하는 역할을 하는 것으로 나타났다. 대기 용사 코팅된 LCC27은 치밀한 코팅막을 형성하였으며, 이 코팅층 위에 LCC41을 습식 코팅할 경우 더욱 치밀하고 높은 전기전도도를 갖는 코팅막을 얻을 수 있었다. 용사코팅된 LCC27, 습식 코팅된 LCC41는 높은 전기전도도를 나타내었으나, LSCC의 경우 낮은 소결성으로 인해 전기전도도가 작게 나타났다. Using Pechini method, we synthesized the $La_{0.6}Ca_{0.41}CrO_3$ (LCC41) and $La_{0.8}Sr_{0.05}Ca_{0.15}CrO_3$ (LSCC) powders for slurry dip coating, and $La_{0.75}Ca_{0.27}CrO_3$ (LCC27) powder for air plasma spray coating. The sintering property of the powders and their coating properties were investigated. The average particle sizes of the LCC41, LSCC, LCC27 were 0.6, 0.9, $1.5{\mu}m$, respectively. The relative density of LCC41 bulk was to be found about 98%. The LSCC coating on anode support prevented Ca migration of the coated LCC41 on the anode some or less, which was confirmed from EDS result. The air plasma spray-coated LCC27 with the dip-coated LCC41 were more dense and showed better electrical conductivity than those of the air plasma spray-coated LCC27 and the dip-coated LSCC and LSCC41. The LCC41 and LCC27 showed good electrical conductivities, but the LSCC had a poor electrical conductivity probably due to low sinterability
Development of Two-layer Electrode for Direct Methanol Fuel Cell
정두환,홍성화,백동현,송락현,신동열,김혁년,Jung, Doo-Hwan,Hong, Seong-Hwa,Peck, Dong-Hyun,Song, Rak-Hyun,Shin, Dong-Ryul,Kim, Hyuk-Nyun The Korean Electrochemical Society 2003 한국전기화학회지 Vol.6 No.1
The performance of the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) using multi-layer electrode, which prepared by various anode catalysts and Nafion membranes, was studied for reducing the amount of the metal catalyst loaded in the MEA system. The amount of the catalyst used in this experiment was $3-4 mg/cm^2$ in cathode and $1-2 mg/cm^2$ in anode, respectively. The best performance was to be $230 mS/cm^2$ of MEA3 at $90^{\circ}C$ and 2 bar in this experiment. However, the overall performance of the DMFC was maintained almost the same compared to the general commercial catalyst systems. 전지 성능을 저하시키지 않고 연료극 및 공기극의 귀금속 촉매량을 줄이기 위하여 다층막 전극을 이용한 직접메탄을 연료전지의 성능특성을 조사하였다. 다층막 전극 즉, 연료극과 공기극에 사용된 촉매사용량과 나피온 막의 종류를 변화시키며 최종성능을 측정하였다 본 실험에서 사용된 촉매량은 연료극이 $3-4mg/cm^2$ 공기극이 $1-2mg/cm^2$이다. 본 실험에서는 나피온 115를 사용한 MEA3의 $90^{\circ}C$, 2기압에서 측정 결과 최대 전력밀도인 $230mW/cm^2$를 나타내었다. 이 결과는 현재 시판되고 있는 상용전극과 거의 같은 수준의 성능을 보여주고 있는 반면, 금속 촉매의 양은 기존의 상용전극과 비교하여 약 $50\%$ 정도 감소된 것이다.
직접메탄올연료전지에서 메탄올 크로스오버에 미치는 인자 연구
현민수,김상경,임성엽,이병록,백동현,정두환,Hyun, Min-Soo,Kim, Sang-Kyung,Lim, Seong-Yop,Lee, Byung-Rock,Peck, Dong-Hyun,Jung, Doo-Hwan 한국전기화학회 2008 한국전기화학회지 Vol.11 No.1
직접메탄올연료전지의 운전 변수에 따른 메탄올 크로스오버를 메탄올 농도센서를 이용하여 정량적으로 측정하였으며 실제 셀 운전 시 메탄올크로스오버 저감의 측면에서 유리한 운전조건을 분석하였다. 메탄올 농도, 전극 양단의 압력차, 전류의 크기, 온도, stoichiometry등을 변화시켜 diffusion, convection, electro-osmosis의 메커니즘별 기여도와 실제 전지 운전 조건의 영향을 함께 분석하였다. 이상의 세 가지 메커니즘 중에서 농도 차이에 의한 diffusion이 가장 큰 영향을 미쳤으며 electro-osmosis에 의한 영향은 고농도에서만 관찰할 수 있었다. The amount of methanol crossover was measured with changing the operating condition by using a liquid methanol concentration sensor. Appropriate operating condition was discussed in terms of methanol crossover. Mechanism of methanol crossover was classified into three items which are diffusion, convection and electro-osmosis. Contribution of each mechanism to methanol crossover and the effect of operating condition were analyzed with varying methanol concentration, pressure difference between anode and cathode, current, temperature, and stoichiometry of anode fuel. Among the three mechanisms diffusion affected mostly and electro-osmosis effect was observed only under high methanol concentration.
졸-겔법을 이용한 고체산화물연료전지의 전해질 박막 제조 및 가스 투과도
손희정,이혜종,임탁형,송락현,백동현,신동열,현상훈,Son, Hui-Jeong,Lee, Hye-Jong,Lim, Tak-Hyoung,Song, Rak-Hyun,Peck, Dong-Hyun,Shin, Dong-Ryul,Hyun, Sang-Hoon,Kilner, John 한국세라믹학회 2005 한국세라믹학회지 Vol.42 No.12
In this study, thin electrolyte layer was prepared by 8YSZ ($8mol\%$ Yttria-Stabilized Zirconia) slurry dip and sol coating onto the porous anode support in order to reduce ohmic resistance. 8YSZ polymeric sol was prepared from inorganic salt of nitrate and XRF results of xerogel powder exhibited similar results $(99.2\pm1wt\%)$ compared with standard sample (TZ-8YS, Tosoh Co.). The dense and thin YSZ film with $1{\mu}m$ thickness was synthesized by coating of 0.7M YSZ sol followed by heat-treatment at $600^{\circ}C$ for 1 h. Thin film electrolyte sintered at $1400^{\circ}C$ showed no gas leakage at the differential pressure condition of 3 atm.
탄소펠트의 산화처리 방법이 바나듐 레독스 흐름 전지의 전극 성능에 미치는 영향
하달용,김상경,정두환,임성엽,백동현,이병록,이관영,Ha, Dal-Yong,Kim, Sang-Kyung,Jung, Doo-Hwan,Lim, Seong-Yop,Peck, Dong-Hyun,Lee, Byung-Rok,Lee, Kwan-Young 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.3
레독스 흐름 전지의 전극으로 사용하기 위해 탄소펠트를 열처리와 산처리 방법으로 산화 개질하였다. 열중량 분석결과 열처리 또는 산처리에 의하여 탄소펠트의 섬유 표면에 고분자 물질이 제거되고 산소 관능기가 도입된 것을 확인할 수 있었으며 습식 방법인 산처리 방법보다 건식방법인 열처리 방법이 기계적 안정성을 유지하는데 효과적인 처리 방법으로 나타났다. XPS, 원소분석을 통하여 500$^{\circ}C$에서 4시간 열처리한 탄소펠트의 표면에 산소 관능기가 부가된 것을 확인하였으며 질소흡착실험에서 거의 없던 표면적이 96 $m^2/g$로 증가한 것을 알 수 있었다. CV실험 및 분극 실험을 수행한 결과 500$^{\circ}C$ 열처리 전극의 활성화 저항이 가장 낮게 나타났다. 산처리한 탄소펠트와 400$^{\circ}C$, 500$^{\circ}C$에서 열처리한 탄소펠트를 이용하여 바나듐 레독스 흐름 전지를 구성하고 충/방전 실험을 실시한 결과 충/방전 전압효율이 산처리 전극의 경우 86.6%, 400$^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 89.6%, 500$^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 90.6%로 500$^{\circ}C$ 열처리 전극이 가장 우수하였다. Carbon felt surface was modified by heat or acid treatment in order to use for the electrode of a redox-flow battery. Polymers on the surface of carbon felt was removed and oxygen-containing functional group was attached after the thermal treatment of carbon felt. Thermal treatment was better for the stability of the carbon structure than the acid treatment. Oxygen-containing functional group on the thermally treated carbon felt at 500$^{\circ}C$ was confirmed by XPS and elementary analysis. BET surface area was increased from nearly zero to 96 $m^2/g$. Thermally treated carbon felt at 500$^{\circ}C$ showed lower activation polarization than the thermally treated carbon felt at 400$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt in the cyclicvoltammetry and polarization experiments. The thermally treated carbon felts at 400$^{\circ}C$ and 500$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt was applied for the electrode to prepare vanadium redox flow battery. Voltage efficiencies of charge/discharge were 86.6%, 89.6%, and 96.9% for the thermally treated carbon felts at 400$^{\circ}C$ and 500$^{\circ}C$ and the acid-treated carbon felt, respectively.