화학적/기계적 열화 병행방법에 의한 PEMFC 고분자막 내구성 평가

임대현 ( Daehyeon Lim ),오소형 ( Sohyeong Oh ),정성기 ( Sunggi Jung ),정지홍 ( Jihong Jeong ),박권필 ( Kwonpil Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.3

고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 내구성 향상을 위해서 고분자막의 내구성을 짧은 시간에 정확히 평가하는 것은 중요하다. 최근에 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)에서 고분자막의 화학적 내구성과 기계적 내구성을 결합해 평가하는 프로토콜을 보고하였다. 이 프로토콜은 개회로전압(Open Circuit Voltage, OCV) 유지 상태에서 가습/건조를 반복함으로써 화학적/기계적 열화를 고분자막에 가한다. OCV 변화 반복에 따른 전극 열화의 영향을 많이 받고 평가시간이 장시간인 점들이 이 프로토콜의 문제점이다. 본 연구에서 DOE 프로토콜의 다른 조건들은 그대로 두고 양극(Cathode) 가스로 공기 대신 산소를 사용함으로써 내구평가 시간을 408시간에서 144시간으로 단축시킬 수 있었다. 전압변화 사이클 횟수를 1/3로 감소시킴으로써 전압변화 사이클에 의한 전극열화는 종료 시점에서 공기에 비해 산소 사용 시 1/12로 감소시켜서, 고분자막 내구 평가를 보다 정확히 할 수 있게 하였다. In order to improve the PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) durability, it is important to accurately evaluate the durability of the membrane in a short time. Recently, DOE (Department of Energy) reported a protocol that combines the chemical and mechanical durability of membranes to evaluate them effectively. This protocol applies chemical/mechanical deterioration to the membrane by repeating wet/dry while OCV (Open Circuit Voltage) holding. The problem of this protocol is that it is highly affected by electrode degradation due to change cycles in OCV and that the evaluation time is long. By using oxygen instead of air as the cathode gas while leaving the other conditions of the DOE protocol as it is, the durability evaluation time could be reduced from 408 hours to 144 hours. By reducing the number of voltage change cycles to 1/3, the electrode degradation due to the voltage change cycle was reduced to 1/12 when oxygen was used compared to air at the end, thereby enabling more accurate evaluation of polymer membrane durability.

Cathode 산소 공급조건에서 고분자막 내구평가 프로토콜의 가습/건조 시간 변화의 영향

임대현 ( Daehyeon Lim ),오소형 ( Sohyeong Oh ),정성기 ( Sunggi Jung ),정지홍 ( Jihong Jeong ),박권필 ( Kwonpil Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.1

PEMFC 고분자막의 내구성 향상을 위한 내구성 평가는 PEMFC 발전을 위해 매우 중요하므로 고분자막 내구성 평가 프로토콜(AST) 연구개발이 계속 되고 있다. 최근에 DOE의 고분자막 화학적/기계적 내구성 평가 AST가 개발되어 Nafion XL에 적용해 검토하였다. 평가시간을 단축시키기 위해 공기대신 산소를 Cathode 가스로 사용해 144시간만에 종료하였다. DOE AST가 가습 45초/건조 30초로 전압변화 횟수가 많아서 전극의 열화가 MEA 내구성에 더 많은 영향을 미쳤다. 그래서 가습 60초/건조 300초로 1사이클 시간을 길게하고 가습시간 대비 건조시간도 길게 하여 고분자막을 더 열화시키게 하였고, 240시간에 종료하였다. 고분자막 내구성 평가를 위한 DOE AST가 전극 열화도 동반됨을 확인하였다. Since the durability evaluation for improving the durability of PEMFC polymer membranes is very important for the development of PEMFC, research and development of the polymer membrane durability evaluation protocol (AST) continues. Recently, DOE's polymer membrane chemical/mechanical durability evaluation AST was developed and applied to Nafion XL for review. In order to shorten the evaluation time, oxygen was used as a cathode gas instead of air, and it was finished in 144 hours. Since DOE AST has a large number of voltage changes with 45 seconds of humidification and 30 seconds of drying, the degradation of the electrode has more influence on the MEA durability. Therefore, one cycle time was lengthened with 60sec of wet/300sec of dry, and the drying time was made longer than the humidification time to further deteriorate the polymer membrane, and it was finished in 240 hours. It was confirmed that the DOE AST for evaluation of the durability of the polymer membrane was accompanied by electrode degradation.

PEMFC Cathode 산소 조건에서 전극 촉매 내구성 평가

오소형 ( Sohyeong Oh ),임대현 ( Daehyeon Lim ),박권필 ( Kwonpil Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.1

본 연구에서는 전극촉매 내구성 평가를 potentiostat를 사용하지 않고 간단히 로더(Electronic loader)를 사용해 전극을 가속 열화시키는 방법을 개발하고자 하였다. 이를 위해, cathode에 질소를 유입하지 않고 산소를 유입해 자체 발생 전압을 활용해서 계단식 전압변화를 반복해 전극의 내구성을 평가하였다. 정확한 전극 내구평가를 위해 즉 고분자 막이 열화되지 않게 하기 위해 계단식 전압변화에서 고전압은 0.9 V로 낮게하고, 상대습도를 100%하여 라디칼에 의한 고분자 막 열화를 억제하고자 하였다. 전압변화 30,000 cycle (50시간) 만에 전극활성면적이 41.4% 감소했다. 전극은 열화되지만 고분자 막이 열화되지 않음을 수소투과도 증가가 없고 막 두께감소 없으면서 HFR (High Frequency Resistance)증가 없는 것으로 확인했다. In this study, we tried to develop a method of accelerated degradation of the electrode by simply using a electronic loader without using a potentiostat to evaluate the durability of the electrode catalyst. To this end, the durability of the electrode was evaluated by repeating the stepwise voltage change using the self-generated voltage by introducing oxygen without introducing nitrogen into the cathode. For accurate electrode durability evaluation, that is, in order not to deteriorate the polymer membrane, the high voltage was lowered to 0.9 V in stepwise voltage change and the relative humidity was 100% to suppress degradation of the polymer membrane due to radicals. After 30,000 cycles (50 hours) of voltage change, the electrode active area decreased by 41.4%. It was confirmed that the electrode was deteriorated, but the polymer membrane was not deteriorated, that there was no increase in hydrogen permeability, no decrease in membrane thickness, and no increase in HFR(High Frequency Resistance).

온라인 기술거래의 현황분석을 통한 서비스 전략

서진이(Jinny Seo),임대현(Daehyeon Lim),정혜순(Hyesoon Jeong) 한국인터넷전자상거래학회 2003 인터넷전자상거래연구 Vol.3 No.1

온라인 기술시장은 단순한 기술 수요자와 공급자가 만나는 자리 뿐만 아니라 기술의 거래에 관련되는 절차와 그에 필요한 금융, 법률, 기술의 평가에 대한 정보를 제공함으로써 기술의 거래에 있어서 그 시간적, 물리적 비용을 줄이는데 그 존재의 이유가 있다 하겠다.<br/> 그러나 현재 기술시장은 온라인 뿐만 아니라 오프라인에서도 시장이 활성화되어 있지 못한 상태로 온라인 기술시장을 통한 정보의 확산 및 시장의 분위기 조성등의 기반 구축이 더욱 필요한 상황이라 하겠다.<br/> 이에 본 연구에서는 현재 우리나라 온라인 기술이전 시장 현황을 살펴보고 그 상황과 문제점을 도출한 후 해외의 온라인 기술이전 시장의 현황을 비교하여 우리나라 온라인 기술이전시장에 적합한 운영방안을 마련하고자 한다.

PEMFC 고분자막의 화학적 내구성 평가시간 단축

오소형 ( Sohyeong Oh ),조원진 ( Wonjin Cho ),임대현 ( Daehyeon Lim ),유동근 ( Donggeun Yoo ),박권필 ( Kwonpil Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.3

대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H₂ (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기 대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다. The durability of the PEMFC stack for large commercial vehicles should be more than 5 times that for passenger vehicles. If the Chemical Accelerated Stress Test (AST) of PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cells) membrane for passenger cars is applied as it is for large commercial vehicles, there is a problem that the AST time becomes more than 2,500 hours. In order to shorten the AST time of DOE (Department of Energy), the chemical durability of the polymer membrane was evaluated using oxygen instead of air as a cathode gas. In this study, Nafion XL was used as a polymer membrane to evaluate accelerated durability under OCV, 90?, RH 30%, H₂/(air or oxygen) conditions. Among the DOE membrane durability target criteria, the decrease rate of short resistance was the fastest. By using oxygen instead of air, the degradation rate of the polymer membrane was accelerated while being less affected by electrode deterioration, reducing the polymer membrane durability evaluation time to less than half.

PEMFC 고분자 막의 Short 저항 및 Shorting에 관한 연구

오소형 ( Sohyeong Oh ),권종혁 ( Jonghyeok Gwon ),임대현 ( Daehyeon Lim ),박권필 ( Kwonpil Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.1

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 고분자 막의 shorting 저항(Shorting Resistance, SR)은 고분자 막의 내구성에 관한 중요한 지표다. SR이 감소하면 shorting 전류(Shorting Current, SC)가 증가하여 내구성과 성능이 감소하고, SR이 약 0.1 kΩ·cm² 이하가 되면 shorting이 발생하여 온도가 급상승하고 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 연소시켜 스택 구동이 종료된다. Shorting 현상을 방지하기 위해서는 SR을 제어해야 하므로 SR에 영향을 주는 조건들에 대해서 연구하였다. SR 측정 방법들에서도 차이가 있어서 DOE(Department of Energy)와 NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization) 방법을 개선한 SR 측정법을 제시하였다. 상대습도와 온도, 셀 체결 압이 상승하면 SR이 감소함을 확인하였다. 고분자 막의 가속내구 평가과정에서 마지막 단계에서 SR이 0.1 kΩ·cm² 이하로 급감해 수소투과전류밀도가 15 mA/cm² 이상이 되었고, 이 MEA를 해체 후 SEM(Scanning Electron Microscope) 분석한 결과 고분자 막 내부에 백금이 많이 분포함을 보였다. The shorting resistance (SR) of the PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) polymer membrane is an important indicator of the durability of the membrane. When SR decreases, shorting current (SC) increases, reducing durability and performance. When SR becomes less than about 0.1 kΩ?cm², shorting occurs, the temperature rises rapidly, and MEA(Membrane Electrode Assembly) is burned to end stack operation. In order to prevent shorting, we need to control the SR, so the conditions affecting the SR were studied. There were differences in the SR measurement methods, and the SR measurement method, which improved the DOE(Department of Energy) and NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization) method, was presented. It was confirmed that the SR decreases as the relative humidity, temperature and cell compression pressure increase. In the final stage of the accelerated durability evaluation process of the polymer membrane, SR rapidly decreased to less than 0.1 kΩ·cm², and the hydrogen permeability became higher than 15 mA/cm². After dismantling the MEA, SEM(Scanning Electron Microscope) analysis showed that a lot of platinum was distributed inside the membrane.

기업 거래정보 기반의 밸류체인 분석 모델에 관한 연구

이호신(Lee Ho-Shin),김강회(Kim Ganghoe),문영수(Moon Yeongsu),임대현(Lim Daehyeon) 한국콘텐츠학회 2018 한국콘텐츠학회 종합학술대회 논문집 Vol.2018 No.5