고분자전해질연료전지에서 수소투과도 측정법의 비교

오소형,윤재원,이대웅,박권필 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.4

Hydrogen permeability is widely used to evaluate the polymer membrane durability of polymer electrolyte fuel cells (PEMFC). Linear sweep voltammetry (LSV) is mainly used to measure hydrogen permeability easily. There are many differences in LSV measurement method among researchers, and it is often difficult to compare the results. Therefore, in this study, we tried to confirm the accuracy by comparing the hydrogen permeability of LSV method and gas chromatograph which is difficult to measure but accurate value. The LSV method used the DOE and NEDO methods. When the hydrogen permeability was measured by varying the temperature and the relative humidity, the DOE LSV method showed an accuracy of less than 5% in the error range compared with the GC method. In the NEDO LSV method, the error was reduced when the hydrogen permeation current density was determined at the current value of 0.3 V as the DOE method. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 고분자막 내구성을 평가하는데 수소투과도가 많이 사용되고 있다. 수소투과도를쉽게 측정하는 방법으로 선형 주사 전압 측정법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)이 주로 사용된다. 연구자마다 LSV 측정 방법에 차이가 있어 연구 결과를 비교하기가 어려울 때가 많다. 그래서 본 연구에서는 측정하기 어렵지만 정확한값이라고 할 수 있는 기체 크로마토그래프에 의한 수소투과도와 DOE와 NEDO의 LSV 방법을 비교하여 정확성을 확인하고자 하였다. 온도와 상대습도를 변화시키며 수소투과도를 측정해 비교했을 때, DOE LSV 방법이 GC 방법과 비교해 오차 범위 5%이하의 정확성을 보였다. NEDO LSV 방법은 DOE방법과 같이 0.3V의 전류 값으로 수소투과전류밀도를 결정했을 때 오차는 감소하였다.

후코이단에 의한 PEMFC 고분자막의 열화 감소

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.

PEMFC 분리판 유로 형태가 고분자막의 전기화학적 내구성에 미치는 영향

오소형,임대현,박권필 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 분리판(Separator) 소재의 부식에 의한 분리판 자체의 내구성에 대해서 많은 연구가 있었지만, 분리판이 고분자막의 내구성에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없었다. 특히 분리판 유로형태가 고분자막의 내구성에 미치는 영향에 대해서는 보고된 바 없어 본 연구에서 검토하고자 하였다. 고분자막의 내구성은 상대습도, 온도, 가스압, 전압 등의 영향을 받는데, 분리판의 유로 형태에 따라 부분적으로 이들의 차이가 발생할 수 있다. 유로 형태가 다른 분리판을 사용해 OCV Holding 고분자 막 가속 내구평가를 한 후 그 결과를 비교 분석하였다. 가스 배출구가 전극 접촉면 밖에 위치한 유로 형태가 고분자막의 내구성을 향상시켰다. 분리판에서 가스 배출구의 위치는 핀홀 발생과 Shorting 현상에 영향을 줌을 보였다.

고분자전해질 연료전지에서 박막의 화학적 내구성 평가

오소형,유동근,정성기,정지홍,박권필,Sohyeong Oh,Donggeun Yoo,Sunggi Jung,Jihong Jeong,Kwonpil Park 한국화학공학회 2023 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.61 No.3

Recently, research and development of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) membranes are progressing in the direction of thinning to reduce prices and improve performance. Demand for hydrogen-powered vehicles for commercial vehicles is also increasing, and their durability should be five times greater than those for passenger vehicles. Despite the thinning of the membranes, the durability of the membranes must be increased five times, so the improvement of the durability of the membranes has become more important. Since the acceleration durability evaluation time also needs to be shortened, the protocol using oxygen instead of air in the existing protocol was applied to a 10 ㎛ thin membrane to evaluate durability. The accelerated durability test (Open circuit voltage holding) was terminated at 720 hours. If the air-based department of energy (DOE) protocol was used, a lifespan of 450,000 km of driving hours would be expected, with a durability of about 1,500 hours. During the chemical durability evaluation, the active area of the electrode decreased by 51%, suggesting that catalyst degradation had an effect on membrane durability. Reducing the catalyst degradation rate is expected to increase membrane durability.

HWS(Hot Water Swelling)에 의한 PEMFC 고분자 막 e-PTFE 지지체의 특성 변화 연구

오소형,정회범,박권필 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

PFSA(Perfluorosulfonic acid) 막은 높은 전도성과 안정성으로 인해 PEMFC 고분자 전해질 막으로 널리 사용되고 있다. PEMFC 고분자 막의 내구성을 향상시키기 위하여 radical scavenger, e-PTFE 지지체 등을 이용한 막의 개발이 활발히 진행되었다. e-PTFE 지지체는 고분자 막에 물리적 내구성을 높이기 위해 사용되며 대부분 기계적 강도의 연구에 치중되어있다. 그러나 막의 성능 및 내구성은 고온 가습된 상태로 평가되기 때문에 이를 e-PTFE 지지체에 대해서도 고려할 필요가 있다. 따라서 HWS(Hot Water Swelling)에 의한 e-PTFE 지지체의 특성 변화를 확인하고자 한다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체를 HWS의 온도를 변화시켜 swelling, TGA/DTG, WAXS, SEM 분석을 통해 지지체의 특성 및 변화를 확인하였다. 또한 인장강도를 통해 Strain, 영률, 항복강도 등으로 기계적 강도를 비교하였다. e-PTFE 지지체는 소수성임에도 불구하고 HWS에서 물에 대한 영향이 있었으며, 건조 후 수축되는 현상이 나타나 기계적 강도가 변화된 것을 확인하였다. 고온다습한 환경에서 e-PTFE 지지체에 의해 막이 수축되기 때문에 내구성 평가에 영향을 줄 것으로 판단된다.

PEMFC 전극촉매 Pt/C와 PtCo/C의 촉매 지지체 열화비교

오소형,한유한,정민철,유동근,박권필,Sohyeong Oh,Yoohan Han,Minchul Chung,Donggeun Yoo,Kwonpil Park 한국화학공학회 2023 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.61 No.3

In PEMFC, PtCo/C alloy catalysts are widely used because of good performance and durability. However, few studies have been reported on the durability of carbon supports of PtCo/C evaluated at high voltages (1.0~1.5 V). In this study, the durability of PtCo/C catalysts and Pt/C catalysts were compared after applying the accelerated degradation protocol of catalyst support. After repeating the 1.0↔1.5V voltage change cycles, the mass activity, electrochemical surface area (ECSA), electric double layer capacitance (DLC), Pt dissolution and the particle growth were analyzed. After 2,000 cycles of voltage change, the current density per catalyst mass at 0.9V decreased by more than 1.5 times compared to the Pt/C catalyst. This result was because the degradation rate of the carbon support of the PtCo/C catalyst was higher than that of the Pt/C catalyst. The Pt/C catalyst showed more than 1.5 times higher ECSA reduction than the PtCo/C catalyst, but the corrosion of the carbon support of the Pt/C catalyst was small, resulting in a small decrease in I-V performance. In order to improve the high voltage durability of the PtCo/C catalyst, it was shown that improving the durability of the carbon support is essential.

발작성 고혈압 악화로 확인된 다발성 내분비 선종 2A 증례1

오소형,이성수 대한내과학회 2021 대한내과학회 추계학술대회 Vol.2021 No.1

PEMFC 고분자 막의 전기화학적 가속 열화에 미치는 평가조건들의 영향

오소형,유동근,배석주,채선규,박권필,Sohyeong Oh,Donggeun Yoo,Suk Joo Bae,Sun Geu Chae,Kwonpil Park 한국화학공학회 2023 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.61 No.3

In order to improve the durability of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), it is important to accurately evaluate the durability of the polymer membrane in a short time. The test conditions for chemically accelerated durability evaluation of membranes are high voltage, high temperature, low humidity, and high gas pressure. It can be said that the protocol is developed by changing these conditions. However, the relative influence of each test condition on the degradation of the membrane has not been studied. In chemical accelerated degradation experiment of the membrane, the influence of 4 factors (conditions) was examined through the factor experiment method. The degree of degradation of the membrane after accelerated degradation was determined by measuring the hydrogen permeability and effluent fluoride ion concentration, and it was possible to determine the degradation order of the polymer membrane under 8 conditions by the difference in fluoride ion concentration. It was shown that the influence of the membrane degradation factor was in the order of voltage > temperature > oxygen pressure > humidity. It was confirmed that the degradation of the electrode catalyst had an effect on the chemical degradation of the membrane.

Cathode 산소 공급조건에서 PEMFC 고분자막의 전기화학적 가속 내구 평가

오소형,조원진,박권필 한국공업화학회 2021 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2021 No.0

저생 미생물 연료전지(BMFC)의 구동조건에 따른 성능 변화

오소형,곽하원,이예진,김영숙,추천호,박권필 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.2

A benthic microbial fuel cells(BMFC) is fuel cell using electricity produced by decomposing organic matter in a sea or a lake. In this study, we used a gas diffusion layer (GDL) of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) as a BMFC electrode to find out the operation conditions with high performance. The performance of BMFC was increased as resistance of external resistor increased. It was possible to maintain the performance by avoiding the increase of the contact resistance with the electrode due to corrosion of the lead wire in seawater. The bubble generator was able to increase the maximum power density by more than 2 times and the optimum operating temperature was 40 oC. 저생 미생물 연료전지(BMFC)는 바다나 호수의 뻘 속에서 저생미생물이 유기물을 분해하면서 발생시키는 전기를 이용한 연료전지다. 본 연구에서는 BMFC 전극으로 카본 소재를 발수 처리한 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 가스확산층(GDL)을 사용해서 성능이 높게 나오는 구동조건을 찾고자 하였다. 높은 저항 값을 갖는 외부저항을 사용했을 때 성능이 높았으며 바닷물에서 리드선의 부식에 의한 전극과 접촉저항 증가를 피해야 성능을 유지할 수 있었다. 기포 발생기를 사용해 최고출력밀도를 2배 이상 높일 수 있었고 최적 구동 온도는 40 oC였다.