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탄소 담지체의 결정성에 따른 고분자전해질형 연료전지의 내구성 평가 연구
오형석,함승주,이창하,김한성,Oh, Hyung-Suk,Sharma, Raj Kishore,Haam, Seung-Joo,Lee, Chang-Ha,Kim, Han-Sung 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.2
탄소 담지체의 결정도와 형태가 전기화학적 부식특성과 입자뭉침 현상에 미치는 영향을 평가하기 위해서on-line mass spectrometry와 cyclic voltammogram(CV)법을 사용하였다. 부식실험은 단위 전지형태에서1.4 V의 정전압 조건으로 30분간 시행되었으며 이 때 발생한 $CO_2$ 의 양을 on-line mass spectrometry로 측정하였다. 실험 결과 결정성이 높은 carbon nanofiber (CNF)를 사용한 Pt/CNF 촉매가 결정도가 낮은 담지체를 사용한 상용 Pt/C 촉매보다 $CO_2$ 발생량이 적어 전기화학적 부식에 대한 저항성이 큰 것으로 나타났다. 부식실험 전후의 임피던스와 CV측정에서도 탄소 부식의 영향이 적은 Pt/CNF에서 그 변화가 크지 않은 것으로 관찰되었다. 이러한 결과는 탄소 부식이 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)의 내구성을 결정하는 중요한 요소임을 보여준다. 하지만 탄소 부식이 영향을 미치지 않는 조건에서 실시한 반복 CV 실험 결과 촉매 입자 이동에 의한 뭉침현상은 Pt/CNF에서 더 큰 것으로 나타났다. The influence of graphitization of carbon support on the electrochemical corrosion of carbon and sintering of Pt particles are investigated by measuring $CO_2$ emission at a constant potential of 1.4 V for 30 min using on-line mass spectrometry and cyclic voltammogram. In comparison to commercial Pt/C (from Johnson Matthey), highly graphitized carbon nanofiber (CNF) supported Pt catalyst exhibits lower performance degradation and $CO_2$ emission. As the more carbon corrosion occurred, the more prominent changes were detected in electrochemical characteristics of fuel cell. This indicates that the carbon corrosion affects significantly the fuel cell durability. From the observed results, CNF is considered to be more corrosion resistant material as a catalyst support. However, CNF shows higher aggregation of Pt particles under repeated cyclic voltammetry between 0 and 0.8 V where the carbon corrosion is not initiated.
결정성 탄소의 산처리가 고분자연료전지의 성능과 내구성에 미치는 영향 평가
오형석,한학수,김한성,Oh, Hyung-Suk,Han, Hak-Soo,Kim, Han-Sung 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.2
carbon nanofiber (CNF)의 표면을 질산과 황산을 사용하여 산화시킨 후 백금 촉매를 modified polyol method로 담지시켰다. 산처리 시간이 길어질수록 탄소 표면에 산소 작용기의 양이 증가 했으며 그 결과 백금 담지량이 증가하고 분산도가 향상되었다. CNF의 산처리 시간이 전기화학적 부식특성에 미치는 영향을 평가하기 위해서 단위전지형태에서1.4 V의 정전압 조건을 30분간 인가하였으며 이 때 발생한 $CO_2$ 의 양을 on-line mass spectrometry로 측정하였다. 실험 결과 산처리한 CNF를 사용한 Pt/CNF 촉매가 산처리 하지 않은 CNF를 담체로 사용한 경우보다 $CO_2$ 발생량이 많았으며 산처리 시간이 증가할수록 $CO_2$ 발생량이 증가하였다. 부식실험 이후 성능감소의 폭은 카본부식이 증가할수록 증가하였다. 이는 CNF에 대한 산처리가 촉매 담지에는 유리할 수 있으나 전기화학적 카본 부식을 가속화 시키는 결과를 초래하여 결과적으로 연료전지 내구성을 저하시키는 요인이 될 수 있는 것으로 사료된다. Pt catalyst was adsorbed on Carbon nanofiber (CNF) by modified polyol method after acid treatment of the carbon support with $HNO_3$ and $H_{2}SO_{4}$. As the time for acid treatment increases, more oxygen functional groups on carbon surface were produced which improve the loading amount and dispersion of Pt catalyst on carbon supports. In order to inspect the effect of CNF acid treatment time on electrochemical corrosion, constant potential of 1.4 V was applied to a single cell for 30 min and the amount of $CO_2$ emitted was monitored with on-line mass spectrometry. According to the results of our experiment, more $CO_2$ was produced with Pt/ oxidized-CNF catalyst in compared to that with unoxidized-CNF. Increasing acid treatment time also induces the more $CO_2$ emission. Besides, performance degradation after corrosion test expanded with severer carbon corrosion. From the observed results, it can be concluded that the acid treatment of CNF is beneficial to catalyst loading, but it also is a significant factor declining the fuel cell durability by accelerating electrochemical oxidation of carbon support.
산화아연 나노로드 전극을 이용한 전기화학발광 셀의 제작 및 발광특성 고찰
오형석(Hyung-Suk Oh),성열문(Youl-Moon Sung) 대한전기학회 2014 전기학회논문지 Vol.63 No.1
We report Zinc oxide (ZnO) nanorods synthesis and electrochemical luminescence (ECL) cell fabrication. The ECL cell was fabricated using the electrode of ZnO nanorods and Ru(II) complex (Ru(bpy)3 <SUP>2+</SUP>) as a luminescence materials. The fabricated ECL cell is composed of F-doped SnO₂ (FTO) glass/ Ru(II)/ZnO nanorods/FTO glass. The highest intensity of the emitting light was obtained at the wavelength of ∼620 nm which corresponds to dark-orange color. At a bias voltage of 3V, the measured ECL efficiencies were 5 cd/m2 for cell without ZnO nanorod, 145 cd/㎡ for ZnO nanorods-5μm, 208 cd/㎡ for ZnO nanorods-8μm and 275 cd/㎡ for ZnO nanorods-10μm, respectively. At a bias voltage of 3.5V, the use of ZnO nanorods increases ECL intensities by about 3 times compared to the typical ECL cell without the use of ZnO nanorods.
Polyol process를 통한 고비율 백금 담지 촉매 합성
오형석(Oh, Hyung-Suk),김한성(Kim, Han-Sung) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.05
A modified polyol process is developed to enhance Pt loading during the preparation of Pt/C catalysts. With the help of the zeta potential, the effect of pH on the electrostatic forces between the support and the Pt colloid is investigated. It is shown experimentally that the surface charge on the carbon support becomes more electropositive when the solution pH is changed from alkaline to acidic. However, this change does not affect the electronegative surface charge of Pt colloids already attained and stabilized by glycolate anions. This new behavior caused by the change in the solution pH accounts for the enhanced yield of the process and does not affect the Pt particle size. All our experimental results reveal that this simple modification is a cost effective method for the synthesis of highly Pt loaded Pt/C catalysts for fuel cells.