Acceleration of electrolyte membrane degradation by frequent activation in PEMFC electrochemical durability evaluation

Yoo Donggeun,Hwang Byungchan,Oh Sohyeong,박권필 한국화학공학회 2023 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.40 No.8

During the durability tests for PEMFC membranes, performance characterization is conducted to determine the degree of degradation, the interval for which is different for each durability test protocol. Before performance characterization, activation is carried out to determine the reliability. Most activations are accompanied by voltage changes, which can lead to electrode degradation. However, this has largely been neglected because the activation time is shorter than the durability test time. In this study, activation was conducted at 24, 48, and 144 h intervals, during the membrane durability test of a PEMFC, and the effect of activation on the degradation of the membrane and electrode was investigated. For a shorter activation interval during the durability test, the lifetime of the membrane was reduced by up to 35%. For the same durability test time, more activations led to greater electrode and membrane degradation. Through scanning electron microscopy/energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) analysis, it was found that for a shorter activation interval, more Pt was deposited into the membrane and then the membrane was thinner. During the durability test, frequent activation accelerated membrane and electrode degradation.

우리나라 해양지질

유동근(Donggeun Yoo),정대교(Daekyo Cheong) 대한지질학회 2018 대한지질학회 학술대회 Vol.2018 No.10

Cathode 개방형 고분자연료전지 스택 내구성 평가

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

소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다. Cathode open-type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) stacks, which are widely used in small transport-type PEMFC, have a problem with poor durability. Through the accelerated durability test of the 13-cell PEMFC stack, we tried to find the cause of the degradation of the stack and to contribute to the improvement of the durability of the cathode open stack. A hydrogen/air boundary is formed during start-up/shut-down (SU/SD) due to the structural problem of the cathode open stack in which the cathode is open to the atmosphere and it is difficult to maintain airtightness, thereby deteriorating the cathode. In this study, it was possible to evaluate the durability in a relatively short time by reducing the 54% of the initial performance by repeating SU/SD 1,800 times on the cathode open stack. After dismantling the stack, each cell was divided into two and the performance was analyzed. Overall, the anode outlet MEA, which facilitates air inflow, showed more severe electrode deterioration than the inlet MEA, confirming that the hydrogen/air boundary formation during SU/SD is the main cause of 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.

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.

동해 남부해역 해저단층 및 해저사면사태 연구

유동근(Donggeun Yoo),손문(Moon Son),이정민(Jeongmin Lee),Roger Urgeles 대한지질학회 2019 대한지질학회 학술대회 Vol.2019 No.10

영상 클레스별 중요 특징 가중에 의한 영상 검색 방법

유동근 ( Donggeun Yoo ),박채훈 ( Chaehoon Park ),최유경 ( Yukyung Choi ),권인소 ( In So Kweon ) 한국정보처리학회 2012 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.19 No.1

이 논문에서는 영상 검색(image retrieval) 및 영상 부류(image categorization)을 위하여 영상을 기술할 때 영상의 클레스(class)별로 서로 다른 주요 특징량(feature)에 가중치를 주는 방법론을 제안한다. 기존에 연구되어온 영상의 특징량 벡터에 가중치를 주는 방식은 모든 영상 클레스에 대하여 동일하게 가중치를 적용하기 때문에 영상이 클레스별로 서로 다른 특징량이 중요하다는 성질을 이용할 수 없다. 영상이 클레스별로 서로 다른 특징량이 중요하다는 성질을 이용하기 위하여 영상의 클레스별로 특징량 벡터에 서로 다른 가중치 벡터(weight vector)를 학습하였다. 그 후 질의 영상(query image)이 입력되면, 기존의 영상 검색 프레임워크(framework)를 통해 데이터베이스(database)로 부터 미리 정의된 서브 클레스(sub-class)의 수에 해당하는 영상부 집합(subset)을 만들었다. 그리고 영상 부 집합의 특징량 벡터들에 클레스별로 각각 학습된 가중치 벡터를 적용하여 특징량 벡터들 간의 거리를 다시 계산하여 리 랭킹(re-ranking)하였다. 이 방법론을 UKBench Dataset 에 적용하여 실험을 해보았으며 가중치를 주기 전과 비교 하였을 때 더 높은 정확도를 보였다.

A candidate reference method for quantification of low concentrations of plasmid DNA by exhaustive counting of single DNA molecules in a flow stream

Yoo, Hee-Bong,Oh, Donggeun,Song, Jae Yong,Kawaharasaki, Mamoru,Hwang, Jeeseong,Yang, In Chul,Park, Sang-Ryoul Springer-Verlag 2014 METROLOGIA -BERLIN- Vol.51 No.5

<P>This work demonstrates accurate measurement of the amount of substance concentration of low concentration plasmid DNA by counting individual DNA molecules using a high-sensitivity flow cytometric setup. Plasmid DNA is a widely used form of DNA, and its quantity often needs to be accurately determined. This work establishes a reference analytical method for direct quantification of low concentration plasmid DNA prepared as reference standards for polymerase chain reaction-based DNA quantification. The model plasmid DNA pBR322 (4361?bp) was stained with a fluorescent dye and was detected in a flow stream in a micro-fluidic channel with laser-induced fluorescence detection, for which the DNA flow was electro-hydrodynamically focused at the centre of the channel. 200 to 8000 DNA molecules in a ∼1??L sample volume were counted within 2?min in an ‘exhaustive counting’ manner, which facilitated quantitation without calibration. The sample volume was measured and validated from the close agreement of the results of two independent measurement methods, gravimetric determination of water filling the capillary and graphical estimation of actual cross sectional area of the capillary tubing with the image of calibrated scanning electron microscopy. Within the given concentration range, an excellent measurement linearity (<I>R</I><SUP>2</SUP>?=?0.999) was achieved with appropriate data processing for the correction of the events of double molecules (detection of double molecules opposed to single molecule detection assumed, which occurs due to their coincidental passing of the detection zone). The validity of the proposed method was confirmed from the close agreement with the results of quantitation of enzymatically released nucleotides using capillary electrophoresis.</P>

Tectonic and sedimentary evolution of the Ulleugn Basin, East Sea

Kyoungjin Kim,Donggeun Yoo,Nyeonkeon Kang,Boyeon Yi 대한지질학회 2022 대한지질학회 학술대회 Vol.2022 No.10

수확 전 · 후 1-MCP처리가 ‘후지’ 사과의 저온저장 중 과실품질에 미치는 영향

유진기(Jingi Yoo),강봉국(Bong Kook Kang),이진욱(Jinwook Lee),김대현(Dae Hyun Kim),이동훈(Dong Hoon Lee),정희영(Hee-Young Jung),최동근(DongGeun Choi),정명근(Myoung-Gun Choung),최인명(In Myung Choi),강인규(In-Kyu Kang) 한국원예학회 2015 원예과학기술지 Vol.33 No.4

본 연구는 수확 전 수체살포용 1-MCP(Harvista™)와 수확후 훈증용 1-MCP(SmartFresh™) 처리가 ‘후지’ 사과의 품질과 저장성에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. Harvista™ 처리는 수확 1, 2, 3주전 0, 95, 125, 250 ㎎·L<SUP>-1</SUP>농도로 각각 처리하였으며, SmartFresh™ 처리는 수확 1일 후 밀폐된 공간에서 1μL·L<SUP>-1</SUP>의 농도로 18시간동안 처리하였다. 과실저장은 0 ± 1℃ 조건에서 180일간 저장하였다. Harvista™ 처리에 따른 수확 시 과실품질을 보면 과중, 과피 적색도, 내생에틸렌 발생량, 경도, 산 및 가용성 고형물 함량은 무처리구와 차이가 없었다. 저온저장동안 ‘후지’ 사과의 품질변화를 보면 Harvista™를 250㎎·L<SUP>-1</SUP>의 농도로 2, 3주전에 처리한 과실이 무처리구에 비하여 과실 경도 및 산 함량이 더 높게 유지되었으며, 내생에틸렌 발생량도 무처리구에 비하여 5.5-10.0% 수준으로 현저히 낮았다. 그리고 저장기간 중 가용성고형물 함량은 차이를 보이지 않았다. Harvista™ 단독처리와 Harvista™ + SmartFresh™ 혼용처리구는 경도, 산 함량, 내생에틸렌 발생량 모두 저장 180일 후에도 수확 시와 큰 차이를 보이지 않아 과실품질이 유지되었다. 요인간 상관분석은 Harvista™ 처리시 처리농도와 무관하게 내생에틸렌 발생량이 경도 또는 산 함량과 부의 상관관계를 나타냈다. 그리고 Harvista™ + SmartFresh™ 혼용처리 시 Harvista™ 250㎎·L<SUP>-1</SUP>와 SmartFresh™ 처리가 변수간 정의 상관관계를 나타내었다. 따라서, 수확후 SmartFresh™처리에 의한 과실품질유지 효과와 함께, 고농도의 Harvista™처리 또한 저온저장 중 과실품질 유지에도 큰 효과를 보였다. This work was carried out to evaluate the effects of preharvest 1-methylcyclopropene (1-MCP, Harvista™) and postharvest 1-MCP (SmartFresh™) treatments on t he f ruit q uality a ttributes o f cold-stored ‘Fuji’ ( Malus domestica Borkh.) apples. Fruits were exposed to 0, 95, 125, or 250 ㎎·L<SUP>-1</SUP> Harvista™ at 3, 2, 1 weeks before harvest (WBH), and treated with 0 or 1 μL·L<SUP>-1</SUP> SmartFresh™ at harvest. Fruit was then stored for up to 180 days at 0 ± 1℃. Fruit fresh weight, Hunter’s value a, internal ethylene concentration (IEC), flesh firmness, titratable acidity (TA), and soluble solids content (SSC) in fruit treated with Harvista™ were not different from those of control fruit at harvest. During cold storage, flesh firmness and TA were higher in fruit treated with 250 ㎎·L<SUP>-1</SUP> Harvista™ at 2 and 3 WBH than in control fruit. IEC was 5.5-10.0% lower in fruit treated with 250 ㎎·L<SUP>-1</SUP> Harvista™ at 2 and 3 WBH compared with control fruit as storage duration progressed, while SSC was not affected. Furthermore, flesh firmness, TA, and IEC were affected neither by Harvista™ nor Harvista™ + SmartFresh™ treatments, compared with those fruit quality attributes at harvest. The correlation maps indicated that IEC was negatively correlated with firmness and TA, regardless of Harvista™ application levels. In addition, positive correlations between fruit quality attributes were detected in treatments with 250 ㎎·L<SUP>-1</SUP> Harvista™ + SmartFresh™. Therefore, the results suggest that with a single application of SmartFresh™, a higher level of Harvista™ application would help in retention of fruit quality attributes during cold storage.