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Fenton 반응과 OCV Holding에 의한 PEMFC 고분자 전해질 막의 열화비교
오소형,곽아현,이대웅,이무석,이동훈,박권필 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.6
The Fenton reaction, which evaluates the electrochemical durability of polymer membranes of polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), and the degradation of polymer membranes by OCV holding method are compared. The Fenton reaction is a method that can evaluate the chemical durability of the polymer membrane at outside the cell in a shorter time than the OCV Holding method. The Fenton reaction was carried out at 30% hydrogen peroxide, 10 ppm iron, and 80 oC for 24 hours. OCV Holding was driven at 90 oC, 30% relative humidity and OCV for 168 hours. The Fenton reaction caused a lot of degradation inside the polymer membrane. On the other hand, in OCV Holding, the membrane thickness was thinned by the entire surface and internal degradation. The fluorine emission rate was more than 10 times higher than that of OCV Holding due to the Fenton reaction. The hydrogen permeation rate increased about 30% at 24 hours of Fenton reaction. At OCV Holding, hydrogen permeability decreased after 24 hours and then increased. As a whole, there was a difference in a membranes deteriorated by Fenton reaction and OCV Holding. 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 고분자막의 전기화학적 내구성을 평가하는 펜톤(Fenton)반응과 개회로전위 유지(OCV Holding)방법에 의한 고분자 막의 열화 결과를 비교하였다. 펜톤 반응은 셀 밖에서 OCV Holding 방법보다 더 짧은시간에 고분자막의 화학적인 내구를 평가할 수 있는 방법이다. 펜톤 반응은 과산화수소 30%, 철이온 80 ppm, 80 oC에서24시간 실시하였다. OCV Holding은 90 oC, 상대습도 30%, OCV에서 168시간 시간 구동하였다. 펜톤 반응에 의해서는 고분자막의 내부에서 열화가 많이 발생하는 현상을 보였다. 반면에 OCV Holding에서는 표면과 내부 전체적인 열화에의해 막 두께가 얇아졌다. 펜톤 반응에 의해 불소유출속도는 OCV Holding에 비해 10배 이상 높았다. 수소투과속도는펜톤 반응 24시간에 약 30%증가하였다. OCV Holding에서는 24시간에 수소투과도가 감소하였고 이후 증가하는 경향을보였다. 전체적으로 펜톤 반응과 OCV Holding에 의한 고분자막 열화는 차이가 있었다.
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오소형,곽아현,오성준,이대웅,나일채,박권필 한국화학공학회 2020 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.58 No.1
Radical scavenger is used to improve the durability of PEMFC polymer membrane. In this study, we investigated whether fucoidan extracted from seaweed as a radical scavenger prevents electrochemical degradation through Fenton and OCV Holding experiments. Fucoidan has an antioxidant effect, protecting the polymer membrane from hydrogen peroxide and oxygen radicals, reducing the degradation rate to 1/10. Fucoidan has been shown to be more effective than MnO2, which is used as a radical scavenger. In the PEMFC cell, the accelerated durability evaluation method (OCV Holding) showed that fucoidan reduced the hydrogen permeability of the polymer membrane by 12% and enhanced the performance by 29.1% compared to without radical scavenger. And fucoidan was found to be more effective in the cathode side ionomer than the anode side. PEMFC 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 Radical 제거제가 사용되고 있다. 본 연구에서는 라디칼 제거제로서해조류에서 추출한 후코이단이 고분자막의 전기화학적 열화를 방지하는지 Fenton 실험과 가속내구 평가방법(OCV Holding) 실험을 통해 검토하였다. 후코이단은 항산화 효과가 있어 과산화수소와 산소 라디칼로부터 고분자막을 보호해 열화속도를 1/10로 감소시켰다. 후코이단이 라디칼 제거제로 사용되는 MnO2보다 효과적임을 보였다. PEMFC셀에서OCV Holding 실험한 결과, 후코이단이 고분자막의 수소투과도를 12% 감소시켰고, 성능은 라디칼 제거제가 없을 때보다 29.1% 감소시켜 PEMFC 셀에서도 라디칼 제거제의 역할을 함을 확인하였다. 그리고 후코이단을 Anode쪽보다Cathode 쪽 전극 이오노머에 넣은 것이 더 효과적임을 확인하였다.
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