본 연구에서는 낮은 막 저항과 높은 수산화 이온 전도성을 가지는 세공 충진 이온교환막 제조법으로 연구하였다. 알칼리 내구성을 향상하기 위해 폴리 테트라 플로오 에틸렌 소재인 다공성 지지체를 사용하였고 세공에는 단량체 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA), vinylbenzyl chloride (VBC)를 이용하여 copolymer를 제조했다. 가교제는 divinylbenzene (DVB)를 사용하였고 가교제 함량별로 이온교환막을 제조하여 DMAEMA-DVB와 VBC-DMAEMA-DVB copolymer에서 가교제 함량이 미치는 영향에 관해 연구하였다. 그 결과, PTFE 소재 지지체를 이용하여 화학적 안정성이 향상 했고 저압 UV 램프를 사용하여 낮은 온도에서 빠른 광중합이 가능하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 음이온교환 막 연료전지에 요구되는 이온교환막의 물리적 및 화학적 안정성을 확인하기 위해서 인장강도와 내알칼리성 테스트를 진행하였 다. 그 결과, 가교도가 증가할수록 인장강도 대략 40 MPa가 증가하였고, 최종적으로 이온전도도와 내알칼리성 테스트를 통해 가교제 함량이 증가할수록 알칼리 안정성이 증가하는 것을 확인하였다.

상록바위솔속(Sempervivum)은 돌나물과(Crassulaceae)에 속한 하위 속이며 유라시아와 일부 북아프리카에서 분포한다. 상록바위솔속 식물들은 과거 여러 연구에서 약용작물로 활용될 수 있는 가능성을 나타내었다. 그뿐만 아니라 상록바위솔속 식물은 관상용 식물로도 선호된다. 식물의 관상가치를 높이고 적합한 실내 재배조건을 확립하기 위해 적절한 광조건에 대한 연구가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 상록바위솔 ‘블랙탑’(Sempervivum ‘Black Top’)을 실험식물로 공시하였으며, 실내재배에서 세 가지 LED 광질에 따른 ‘블랙탑’의 생장에 미치는 영향을 분석하기 위해 18주 이후의 생장 결과를 조사했다. 결과적으로 ‘블랙탑’의 초장은 3000 K 백색 LED (peak 455, 600 nm)에서 가장 큰 것으로 나타났다. 그리고 엽장은 보라색 LED (peak 450, 650 nm)가 가장 큰 것으로 나타났다. 그러나 반대로 엽폭에서는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다. 한편, 생체중은 6500 K 백색 LED (peak 450, 545 nm)에서 가장 높은 것으로 나타났으며 건물중은 3000 K 백색 LED와 6500 K 백색 LED가 동등한 유의수준을 가지는 것으로 나타났다. 엽록소 수치는 6500 K 백색 LED에서 가장 높게 나타났고 보라색 LED에서는 가장 낮게 나타나 엽록소 수치를 증대시키기 위해서는 분광분포가 균일한 것이 좋은 것으로 나타났다. 이와 연쇄적으로 CIELAB 엽색분석에서 명도를 나타내는 L*은 보라색 LED에서 가장 높게 나타나 스펙트럼이 한 쪽으로 편중될 경우 ‘블랙탑’ 엽색 품질 관리에 불리한 것으로 나타났다. 결과적으로, 위 조사항목들에 대하여 복합적으로 고려할 때 ‘블랙탑’의 생장 촉진과 엽색 품질의 증대를 위해 보라색 LED가 아닌 3000 K 백색 LED 혹은 6500 K의 백색 LED 하에서 재배할 것을 권고한다.

흰꽃세덤(Sedum album)은 포복성으로 자라며 무리 지어 개화하는 특성을 가진 다육식물의 일종이다. 흰꽃세덤은 의약 품에 사용될 수 있는 플라보놀 배당체(flavonol glycoside)를 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. 뿐만 비생물적 스트레 스 요인에 대해 강한 저항성을 가지고 있고 옥상녹화 시스템 (green roof systems)에 많이 사용되는 식물이다. 흰꽃세덤 은 강인한 생명력과 특이한 외형을 기반으로 실내에서 관상식 물로 사용될 수 있는 잠재력도 가지고 있다. 그러나 흰꽃세덤 이 실내식물로써 활용되기 위해서는 생장에 적합한 광질이 구명되어야 한다. 이에 따라 본 실험에서는 인공광원으로 시중 에 상용으로 판매되고 있는 3000, 4100, 6500K 백색 T5 LED를 사용하였으며 식물은 흰꽃세덤의 우량종인 ‘아툼’(S. album cv. Athoum)을 선발하여 본 실험에 적용하였다. 결과 적으로 초장, 초폭, 피복면적, 근장, 분지의 개수와 같은 식물 의 크기를 나타내는 지표는 4100K 백색 LED 처리구에서 크 게 증가하는 것으로 나타났다. 식물의 생체중과 수분함량은 4100K 백색 LED에서 증가하였으나 건물중은 3000K 백색 LED에서 증가하는 것으로 나타났다. CIELAB 중 명도를 나타 내는 L*은 4100K 백색 LED에서 가장 높게 나타났는데 이는 식물의 높은 수분함량으로 인한 세포의 팽창 혹은 에피큐티큘 러 왁스층(epicuticular waxes)의 발달로 추측되었다. CIE76 color difference(ΔE * ab)는 4100K 백색 LED 처리 구와 6500K 백색 LED 처리구 간에 ΔE* ab=5.51로 가장 크게 나타났다. RHS 분석에서는 모든 처리구가 동일하게 N137A, 147A로 평가되었다. 결론적으로 식물을 판매하거나 관상가치 를 향상시킬 목적으로 식물의 크기를 유의미하게 증대시키고 자 하는 경우 4100K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다. 한 편, 살아있는 식물체를 약용으로 사용하거나 2차 대사산물을 추출하고자 하는 경우 4100K 백색 LED의 사용을 권고하며 말린 식물체를 활용하고자 한다면 3000K 백색 LED를 사용 할 것을 권고한다.

꿩의비름은 유라시아와 북미를 기반으로 약 20여개 종이 분포해 있는 것으로 알려져 있다. 일부 꿩의비름은 약용식물 로써 잠재력을 가지고 있으며 토양 내 카드뮴 제거에도 사용 될 수 있다. 그뿐만 아니라 다양한 품종이 출원되어 시장에 유 통되고 있다. 꿩의비름은 내음성이 우수한 것으로 알려져 있 기는 하나 이를 뒷받침해줄 문헌은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서 꿩의비름속 ‘러요시’(Hylotelephium telephium cv. Lajos)와 ‘메디오바리에가툼’(H. sieboldii cv. Mediovariegatum) 품종이 폴리에틸렌 차광막을 활용한 다양한 차광환경에서 어 떤 생장과 엽색 반응을 나타냈는지에 대해서 조사하였다. 결 과적으로 다른 차광수준과 비교했을 때 75% 차광수준에서 초 장과 근장 그리고 잎의 매개변수를 포함하는 식물의 크기에 대해 유의미하게 높게 나타났다. 생체중과 건물중 분석에서는 ‘러요시’는 45%의 차광수준을 선호하는 것으로 나타났으며, ‘메디오바리에가툼’은 75% 차광수준을 선호하는 것으로 나타 났다. 엽록소 수치에서 ‘러요시’는 75% 차광수준에서 가장 높 은 엽록소 수치를 나타내었고, ‘메디오바리에가툼’은 35% 차 광수준에서 가장 높은 엽록소 수치를 나타내었다. CIELAB 엽 색상 분석에서는 ‘러요시’의 명도 L*과 황색도 b* 값이 99% 차광수준에서 가장 높게 나타나 다른 차광수준에 비해 엽색이 황화한 것으로 평가되었다. 한편, ‘메디오바리에가툼’은 60% 차광수준에서 L*과 b* 값이 가장 높게 나타났다. RHS 값에 대 한 평가에서는 ‘러요시’가 0%에서 75%까지의 차광수준에서 146A, 147B로 평가되어 해당 범위의 차광수준에서는 균일한 엽색을 유지할 수 있을 것으로 보인다. 다른 한편, ‘메디오바 리에가툼’은 0% 차광수준에서는 194A, 195A, 99% 차광수준 에서는 148A, 152A로 평가되어 광도가 너무 높거나 낮은 경 우 무늬의 분포율을 저하시키는 것으로 판단된다. 결론적으로 위 여러 결과들을 종합했을 때, ‘러요시’는 45~75% 사이의 차광수준에서 재배할 것을 권고하며 ‘메디오바리에가툼’은 75% 차광수준에서 재배할 것을 권고한다.

본 연구에서는 음이온 교환막 수전해 시스템에 적용가능성을 확인하고자 상용 음이온 교환막인 FAA-3-50, Neosepta-ASE, Sustainion grade T, Fujifilm type 10의 관련 물성을 평가하였다. 음이온교환막을 이용하는 특성상 음이온교환 기의 확인을 위하여 SEM/EDX를 이용하여 상용막의 모폴로지와 표면의 원소를 분석하여 상용막이 포함하고 있는 작용기의 분포를 확인하였다. 또한, UTM과 TGA를 이용하여 기계적 강도 및 열분해온도를 측정하여 수전해의 구동조건을 만족하는지 확인하였다. 음이온 교환막으로서의 성능을 파악하기 위하여 중요한 특성인 이온교환용량과 이온전도도를 측정하였으며, 알 칼리 환경에서 구동되기 때문에 각각의 상용막의 내알칼리성을 확인하기 위한 내구성 테스트를 진행하여 비교하였다. 최종적 으로 막-전극 접합체를 제조하여 수전해 single cell test를 진행하여 60°C, 70°C, 80°C의 온도 조건에서 cell 성능을 확인하였 고 장기 cell test로 다른 온도에서 20 cycle 측정하여 수전해 성능을 비교하여 상용막의 음이온 교환막 수전해에 적용가능성 을 비교하여 확인하였다.

다양한 장치에 대한 광범위한 의존으로 에너지는 현대 생활에서 중요한 역할을 하고 있다. 전통적인 에너지원은 많은 환경 및 건강 문제를 안고 있어, 환경과 건강에 미치는 영향을 최소화하면서 에너지 수요를 충족할 수 있는 대체 가능 한 에너지원이 시급히 필요하다. 이러한 관점에서 연료전지, 특히 음이온 교환막 연료전지는 고가의 촉매를 사용하지 않는 빠 른 반응속도, 컴팩트한 디자인, 수소 이외의 연료 선택 가능성 및 보다 저렴한 연료의 사용이 가능한 특성으로 인하여 다른 연료전지에 비해 큰 주목을 받고 있다. 그럼에도 이온전도성이 높고 화학적, 기계적으로 안정적인 음이온 교환막의 개발이 부 진한 것이 주요 장애물이 되어 왔고, 그래핀 기반 고분자 복합막이 AEMFC용 전해질막으로 등장하게 되었다. 2D 구조, 높은 기계적 강도, 높은 내화학성 및 표면적과 같은 그래핀의 견고한 구조 및 물리적 특성은 음이온교환막의 성능 개선에 도움이 된다고 보고되고, 그래핀 및 그 유도체를 사용하는 전해질막의 연구가 중요하게 되었으나, 그래핀 재료의 높은 잠재력에도 지 나친 응집 경향으로 나타나는 문제점이 지적되고 있어 그래핀 유도체의 표면 개질은 응집을 완화하고 그래핀이 가지는 잠재 적 성능을 이끌어내는데 꼭 필요하다. 따라서 본 고에서는 그래핀과 유도체의 표면 개질과 연료 전지용 AEM 제조에서 그 역 할에 초점을 맞추어서 논의하고자 한다.