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.

Co-P-B/FeCrAlloy 촉매를 이용한 NaBH_4 가수분해 반응

박권필 ( Kwon Pil Park ),황병찬 ( Byung Chan Hwang ),조아라 ( A Ra Jo ),신석재 ( Suk Jae Sin ),최대기 ( Dae Ki Choi ),남석우 ( Suk Woo Nam ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.1

Properties of NaBH_4 hydrolysis reaction using Co-P-B/FeCrAlloy catalyst and the catalyst durability were studied. Co-P-B/FeCrAlloy catalyst showed low activation energy such as 25.2 kJ/mol in 5 wt% NaBH_4 solution, which was similar that of noble metal catalyst. The activation energy increased as the NaBH_4 concentration increased. Formation of gel at high concentration of NaBH_4 seriously affected hydrogen evolution rate and the catalyst durability. The catalyst loss decreased as reaction temperature increased due to lower gel formation when the concentration of NaBH_4 was over 20 wt%. Considering hydrogen generation rate and durability of catalyst, the catalyst supported with FeCrAlloy heat-treated at 1000℃ without ultra vibration during dipping and calcination after catalyst dipping was best catalyst. To use catalyst more than three times in 25 wt% NaBH_4 solution, it should be reacted at higher temperature than 60℃.

미역으로부터 후코산틴 추출 및 후코산틴 안정성

박권필 ( Kwon Pil Park ),신수철 ( Soo Cheol Shin ),안명원 ( Myeong Won Ahn ),이정식 ( Jung Shik Lee ),김영숙 ( Young Suk Kim ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.1

Extraction process of fucoxanthin from Undaria pinnatifida and stability of fucoxanthin was studied. In this study, to utilized extracted components as a functional food material, ethanol was used as a solvent. The maximum concentration of fucoxanthin was obtained when 80% ethanol solvent was used. The extraction yield of fucoxanthin increased as extraction temperature raised to 50℃Water washing of raw material for 5 minutes reduced the salt content about 94%. From the experiment that fucoxanthin content reduced by 30% for 1 day storage at 70℃, it was demonstrated that fucoxanthin was thermal-unstable above 70℃. And experimental result of light- stability showed that fucoxanthin was very unstable with light.

가축 분뇨를 이용한 미생물 연료전지의 특성 및 MEA 열화

박권필 ( Kwon Pil Park ),김영숙 ( Young Sook Kim ),추천호 ( Cheun Ho Chu ),정재진 ( Jae Jin Jeong ),안명원 ( Myung Won Ahn ),나일채 ( Il Chai Na ),이정훈 ( Jeong Hoon Lee ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.2

고분자전해질 연료전지용 MEA(Membrane and Electrode Assembly)와 가축분뇨를 이용해 미생물연료전지(MFC)를 구동하였다. 여러 균을 혼합해 MFC를 구동했을 때 개별적으로 구동했을 때보다 높은 개회로 전위(OCV)를 나타냈다. 돼지분뇨, 소분뇨, 닭분뇨, 오리 분뇨 중 돼지 분뇨를 이용했을 때 제일 높은 OCV 540mV를 보였다. 그리고 돼지분뇨에서 최고 963mW/m2의 전력이 발생하였다. MFC 구동과정에서 MEA의 Na2+, Ca2+, K+ 이온 및 불순물들에 의한 오염이 MFC의 낮은 성능의 한 원인임을 확인하였다. Microbial fuel cells (MFC) were operated with livestock wastes and PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) MEA (Membrane and Electrode Assembly). OCV of MFC with mixtures of microbial was higher than that of MFC with single microbial. MFC using pig wastes showed highest OCV (540 mV) among cow waste, chicken waste and duck waste. And the power density of MFC using pig waste was 963 mW/m2. Contamination of MEA withNa2+, Ca2+, K+ ion and impurities was the one cause for low performance of MFC during operation.

PEMFC에서 전극 열화가 전해질 막 열화에 미치는 영향

박권필 ( Kwon Pil Park ),송진훈 ( Jin Hoon Song ),김세훈 ( Sae Hoon Kim ),안병기 ( Byung Ki Ahn ),고재준 ( Jai Joon Ko ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.1

Until a recent day, degradation of PEMFC MEA (membrane and electrode assembly) has been studied, separated with membrane degradation and electrode degradation, respectively. But membrane and electrode were degraded coincidentally at real PEMFC operation condition. During simultaneous degradation, there was interaction between membrane degradation and electrode degradation. The effect of electrode degradation on membrane degradation was studied in this work. We compared membrane degradation after electrode degradation and membrane degradation without electrode degradation. I-V performance, hydrogen crossover current, fluoride emission rate (FER), impedance and TEM were measured after and before degradation of MEA. Electrode degradation reduced active area of Pt catalyst, and then radical/H2O2 evolution rate decreased on Pt. Decrease of radical/H2O2 reduced the velocity of membrane degradation.

PEMFC 고분자 막의 전기화학적 열화과정에서 OCV 감소 및 회복 거동을 통한 비가역적 열화 연구

유동근 ( Donggeun Yoo ),박권필 ( Kwon-pil Park ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.2

고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 고분자 막의 전기화학적 내구성을 가속적으로 평가하는 개회로 전위 유지(OCV holding) 과정에서 OCV 변화 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 내구성이 각기 다른 세 종류의 MEA(membrane electrode assembly)의 실험데이터를 이용한 실험식을 만들어 비교 및 검토하였다. 막 내부에 라디칼 제거제가 없는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 383 h, 막 내부에 라디칼 제거제가 있는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 각각 1,000, 1,650 h이었다. 고분자 막의 열화는 활성화에 의해 회복이 가능한 가역적 열화와 회복이 되지 않은 비가역적 열화로 구분했다. 고분자 막의 비가역적 열화는 수소투과도 증가로 나타나는데 수소투과도 변화가 세 MEA 모두 비가역적 열화 상수 c와 유사한 형태를 보였다. 회복이 되지 않은 비가역적 열화가 시작되는 것은 수소투과도 증가로 나타나고, 수소투과도 증가로 인해 OCV가 회복되지 않아서 OCV 회복선의 기울기가 감소하고 이를 실험식의 상수 c 값의 증가로 확인할 수 있었다. It is very important to analyze the OCV change behavior during the open circuit potential holding (OCV holding) process, which accelerates the evaluation of the electrochemical durability of the PEMFC membrane. In this study, an empirical formula using the experimental data of three MEAs with different durability was created and compared. The durability evaluation time of the reinforced membrane MEA without radical scavenger inside the membrane was 383 h, and the durability evaluation time of the reinforced membrane MEA with radical scavenger inside the membrane was 1,000 and 1,650 h, respectively. The degradation of the membrane was divided into the reversible degradation that can be recovered by activation and the irreversible degradation that is not recovered. The irreversible degradation of the membrane was indicated by an increase in hydrogen permeability, and the change in hydrogen permeability was similar to the irreversible degradation constant c of all three MEAs. The initiation of irreversible deterioration without recovery is indicated by an increase in hydrogen permeability, and the OCV is not recovered due to an increase in hydrogen permeability, so the slope of the OCV recovery line (ORL) decreases, which can be confirmed by an increase in the constant c value of the empirical formula.

세라믹 모노리스에 담지된 CuO와 ZnO계 촉매에 의한 이산화탄소의 메탄올로의 전환에 관한 연구

박철민(Chul-Min Park),안원주(Won-Ju Ahn),조웅규(Woong-Kyu Jo),송진훈(Jin-Hun Song),김기중(Ki-Joong Kim),정운조(Woon-Jo Jeong),손보균(Bo-Kyun Sohn),안병권(Byeong Kwon Ahn),정민철(Min-Chul Chung),박권필(Kwon-Pil Park),안호근(Ho-Geun Ah 한국대기환경학회 2013 한국대기환경학회지 Vol.29 No.1

고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과

유동근 ( Donggeun Yoo ),박민정 ( Minjeong Park ),오소형 ( Sohyeong Oh ),박권필 ( Kwon-pil Park ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1

고분자전해질 연료전지 (PEMFC) 장기 사용과정에서 스택요소의 부식 및 공급 가스의 오염에 의해 막전극 합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다. In the process of long-term use of PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells), chemical degradation of membrane electrode assembly (MEA) occurs due to corrosion of stack elements and contamination of supply gas. In this study, we investigated whether chemically degraded MEA can be recovered by acid washing. The performance was measured and compared in a PEMFC cell after contamination with iron ions and washing with an aqueous sulfuric acid solution. The performance was reduced by about 25% by 0.5 ppm iron ion contamination, and 97.1% performance recovery was possible by washing of 0.15 M sulfuric acid. The membrane resistance was increased due to iron ion contamination of the polymer membrane, and the ionic conductivity was restored by washing the iron ions from the membrane while minimizing the loss of the electrode catalyst by washing with a low-concentration sulfuric acid aqueous solution. The possibility of solving the decrease in durability caused by chemical contamination of PEMFC MEA by the acid washing was confirmed.

PEMFC 고분자 전해질막의 운전온도에 따른 성능변화

이호(Lee, Ho),신강섭(Shin, Kang-Sup),박권필(Park, Kwon-Pil) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.11

PEMFC의 상용화 진입에 있어서 걸림돌 중의 하나가 열화(degradation)에 의한 성능감소이다. PEMFC 고분자 막의 열화가 PEMFC 성능 감소에 많은 영향을 미친다. 고분자 막의 성능 감소 원인은 여러가지가 있지만 무가습/OCV조건에서 성능 감소가 잘 된다. 그 이유에 대해서는 OCV/무가습 조건에서 과산화수소나 라디칼이 많이 형성될 수 있다는 것과, OCV조건에서 사용되지 못하는 수소와 산소의 gas-crossover 가 많기 때문이라는 것 그리고 무가습 조건에서 수소와 산소의 분압이 높아 gas-crossover 가 유리하고 악의 건조에 따른 물리적인 영향 등등이 거론되고 있다. 본 연구에서는 같은 조건에서 Cell 운전온도가 막열화에 미치는 영향을 실험하였다. OCV 여려 조건 에서 단위전지 실험을 한 후 I-V, 수소 투과도, 임피던스, FER(fluoride emission rate)등을 측정해 그 결과를 검토 분석하였다. OCV/Anode 무가습 조건이 알려진 대로 막열화 가속조건 이었음을 확인하였고, 실험 결과 Cell 운전온도가 10?C증가 할 때마다 FER(fluroide emission rate)이 즉 막 열화속도가 약 2배정도 증가함을 보였다.

비담지 촉매를 이용한 NaBH₄ 가수분해반응에서 부산물의 특성

이혜리 ( Hye-ri Lee ),박대한 ( Dae-han Park ),주원 ( Won Ju ),나일채 ( Il-chai Na ),박권필 ( Kwon-pil Park ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.1

무인항공기용 고분자전해질 연료전지의 수소발생용으로써 NaBH₄는 많은 장점을 갖고 있다. 무인항공기용으로 이용하기 위해서는 NaBH₄ 가수분해 반응 후 부산물의 무게와 부피가 작아야 한다. 그래서 본 연구에서는 비담지 촉매를 사용한 NaBH₄ 가수분해 반응 후 부산물의 무게와 부피에 대해 연구하였다. 촉매 형태, NaBH₄ 농도, NaOH 농도, 촉매팩 두께 등이 부산물의 무게와 부피에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 본 실험 조건에서 발생한 부산물은 대부분NaB(OH)₄였고, 거품이 발생하여 부피가 증가하였다. 안정화제인 NaOH 농도는 부산물의 무게와 부피에 별 영향을 주지 않았다. NaBH₄ 농도가 증가하면 부산물 무게가 감소하였으나, NaBH₄ 농도 23 wt%에서 최고 부피를 나타냈다. 소포제를 이용해 부산물의 부피를 감소시킬 수 있었다. Sodium borohydride, NaBH4, shows a number of advantages as hydrogen source for UAV PEMFC (Unmaned Aerial Vehicle Proton Exchange Membrane Fuel Cells). In order to use for UAV, the weight and volume of byproduct should be small after NaBH4 hydrolysis reaction. Therefore, the weight and volume of byproduct were studied after NaBH₄ hydrolysis reaction using unsupported catalyst. The effect of catalyst type, concentra-tion of NaBH₄, concentration of NaOH and thickness of catalyst pack on the weight and volume of byproduct were studied. Most of byproduct was NaB(OH)₄ and superficial volume of byproduct increased due to foam evolved from byproduct. The weight and volume of byproduct were not affected by concentration of NaOH used stabilizer. The weight of byproduct decreased as con-centration of NaBH₄ solution increased, but maximum volume of byproduct obtained at 23 wt% of NaBH₄. Suitable defoaming agent reduced the volume of byproduct.