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박세규,Yuyan Shao,Vilayanur V. Viswanathan,Jun Liu,Yong Wang 한국공업화학회 2016 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.42 No.-
In this paper, we describe a highly stable cathode containing a Pt catalyst supported on an indium tinoxide (ITO) and carbon nanotube (CNT) composite. The dependence of cathode performance anddurability on the ITO content and the diameter of the CNTs were investigated by electrochemicaltechniques. The cathode with 30 wt% ITO and CNTs with diameters 10–20 nm in the composite offeredpreferred locations for Pt stabilization and was very resistant to carbon corrosion (i.e., 82.7% ESAretention and 105.7% mass activity retention after an accelerated stress test for 400 h).
고출력밀도에서 물질전달향상을 위한 고분자전해질 연료전지용 기체확산전극 개발
박세규 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.1
고분자 전해질 연료전지는 수소나 프로톤(H<sup>+</sup>)을 제공할 수 있는 화합물의 화학적 에너지를 직접 전기로 변환할 수 있는 전기화학적 에너지전환장치이다. 특히, 전기자동차용 동력원으로 각광받으며 수소와 공기중의 산소를 사용하는 고분자 전해질 연료전지의 성능은 연료극과 환원극에서 발생하는 과전압에 의해서 결정되는데, 상대적으로 느린 산소환원반응과 산소확산속도로 환원극의 과전압이 연료극에 비해 훨씬 크다. 과전압은 크게 활성화 과전압, 오믹(Ohmic) 과전압, 농도 과전압으로 구별되며, 고출력밀도에서는 농도 과전압이 연료전지의 성능을 결정한다. 농도 과전압을 줄이기 위해서는 반응물인 산소가 촉매층으로 잘 확산되어야 하고 반응생성물인 물은 촉매층으로부터 효과적으로 배출되어야 한다. 이를 위해서 촉매층과 기체유로 사이에 위치한 기체확산층의 역할은 매우 중요하며, 기체확산층의 물성과 구조에 따라 고출력밀도에서 연료전지의 성능은 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 미세기공층을 가지는 이중구조의 기체확산층을 활용하여 효과적으로 물을 관리할 수 있는 다양한 방법들을 알아보고, 물의 여러 이동현상에 따른 기체 확산전극의 설계에 대해 살펴보고자 한다.
Harvard 대학 연구팀, 퀴논의 흐름을 이용한 에너지 저장장치(flow battery) 개발
박세규 한국공업화학회 2014 공업화학전망 Vol.17 No.1
미국의 Harvard 대학 연구팀은 2014년 1월 발간된 Nature 최신호에 비금속성 유기퀴논(quinone) 계열의 물질을 이용한 유체유동형 에너지 저장장치를 개발하여 보고하였다. 전력량과 전지용량이 고정된 고체형 전지에 비해, 흐름 전지(Flow battery)라 불리는 유체유동형 에너지 저장장치의 장점은 전극의 크기 및 전해질량을 통해 쉽게 저장장치의 전력(power) 및 에너지 용량을 늘릴 수 있어 대용량 에너지 저장장치로 이용이 가능하다는 점이다. 하지만, 현재까지의 흐름전지에는 중고가의 산화-환원성 금속성 이온을 에너지 저장체로 이용해야 단점이 있었다. 본 연구에서는 값싸게 얻을 수 있는 유기퀴논 계열 물질인 9,10-anthraquinone-2,7-disulphonic acid (AQDS)를 이용하여, 퀴논-Br 흐름전지(QBFB)를 개발하였다. AQDS는 대단히 빠르고 가역적인 전자교환 성능을 보여주었는데, 소개된 QBFB는 1.3 A/cm에서 0.6W/cm2 이상의 전력밀도와 충방전 사이클당 99% 이상의 저장효율을 나타내었다. 본 연구에서 소개된 산화/환원 활성물질의 비금속 유기소재화는 향후 대단위 에너지 저장장치의 비용 절감효과가 클 것으로 기대된다. 휴대용 탄화수소계 연료를 사용하여 직접 전기를 생산할 수 있다. 본 시작품은 DC 5∼36 V의 작동전압을 갖는 미세원통형 고체산화물 연료전지로, 보급형 LPG 카트리지를 사용하여 2분 내에 DC 5 volt USB장치를 구동시킬 수 있었다. LPG 버너(burner)가 연료전지 작동 시에 사용될 뿐, 별도의 전원이 필요하지 않다. 본 시스템의 빠른 구동과 간편한 휴대성으로 인해 외부에서 재난 등으로 인한 긴급상황시 전원으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.