본 연구에서는 산화 방지 특성이 있는 가리워진 아민기를 함유한 산화 그래핀(hindered amine grafted graphene oxide, HA-GO)을 합성하여 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조한 후 고분자 전해질 막 연료전지 시스템에 응용하였다. HA-GO는 4-아미노-2, 2, 6, 6-테트라메틸-4-피페리딘(4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethyl piperidine)에 존재하는 아민 기와 GO 표면에 존재하는 에폭시기의 개환 반응을 통해 제조하였으며, 합성된 HA-GO의 함량을 달리한 복합 막을 제조하여 순수 Nafion 막과 성능 특성을 비교하였다. HA-GO가 첨가된 복합 막은 Nafion 단일 막에 비해 기계적 물성, 화학적 안정성 및 수소이온 전도 특성이 향상되었다. 특히 HA-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HA-GO가 첨가된 복합 막은 펜톤 평가 (Fenton’s test) 이후 수소이온 전도도의 유지 특성이 Nafion 단일 막에 비해 큰 폭으로 향상된 것을 확인할 수 있었다.

Abstract In this study, we investigated that the activated carbon (AC)-based supercapacitor and introduced SIFSIX-3-Ni as a porous conducting additive to increase its electrochemical performances of AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor. The AC/SIFSIX-3-Ni composites are coated onto the aluminum substrate using the doctor blade method and conducted an ion-gel electrolyte to produce a symmetrical supercapacitor. The electrochemical properties of the AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor are evaluated through cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge/discharge tests (GCD). The AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor showed reasonable capacitive behavior in various electrochemical measurements, including CV, EIS, and GCD. The highest specific capacitance of the AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor was 129 F g−1 at 20 mV s−1.

The reduced graphene oxide (rGO)/activated carbon (AC) composites are coated on the aluminum substrate using spray coating technique to fabricate nanocarbon-based supercapacitor. Polymer-based solid-state xanthan-gum/Na2SO4 electrolyte is also introduced to increase stability of the supercapacitor. The electrochemical properties of the supercapacitor are evaluated using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge/discharge tests. The highest capacitance value of the rGO/AC composite-based supercapacitor is 120 F/g. The rGO/AC composite-based supercapacitor has also retained ~ 85% of its initial capacitance value after 3000 galvanostatic charge/discharge cycles.

고분자를 기반으로 하는 고체 전해질은 수퍼커패시터, 배터리, 센서, 액추에이터 등 다양한 전기화학 소자에 응용이 가능한 소재로써, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도를 향상시키기 위해서 다양한 이온성 액체 기반의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체의 높은 전기적 특성 및 전기화학적, 열적 안정성과 고분자의 우수한 기계적인 강도를 활용한 젤 상태의 고체 전해질인 이온젤은 차세대 웨어러블 및 플렉시블 전자소자에 응용되어 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 이온성 액체와 고분자 기반의 고체 전해질을 제조하고 특성을 분석하여 탄소나노복합체 기반의 전극 에 적용하여 다양한 전자소자에 응용이 가능한 이온전도도 및 안정성이 향상된 이온성 액체 기반의 고체 전해질을 개발하고자 한다. 제조된 고체전해질은 전기화학적 임피던스법을 이용하여 이온 전도도를 측정 하여 보았으며 이온성 액체를 첨가하여 제조한 고체전해질의 이온 전도도가 1.26 x 10-1 S/cm 로 확인 되었다. 또한 제조된 고체 전해질을 이용하여 전고체형 수퍼커패시터를 제조하여 전기화학적 특성을 비교 하여 보았으며, 수퍼커패시터의 전기화학적 특성 역시 이온성 액체를 첨가하여 제조된 고체 전해질을 사 용하였을 때 향상된 전기화학적 특성을 나타내었다.

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄의 고체 전해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 유연성을 갖는 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유연성에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 환원된 그래 핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 유연성에 따라서 측정하기 위해서 프레스로 0.01 kg/cm²의 일정한 압력으로 최대 100회 까지 굽힘 시험 (bending test)을 진행 하였으며, 0~100 회의 굽힘 시험 이후에 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 유연성 슈퍼커 패시터의 초기 전기용량은 43.9 F/g으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 50회, 100회의 굽힘 시험 후에 각각 42.0F/g, 40.1F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아 물리적인 응력이 슈퍼 커패시터의 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 또한, 굽힘 횟수에 따른 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소 원인을 확인하기 위해서 굽힘 시험 전과 후의 전극표면을 전자주사 현미경으로 관찰 하여 보았다.

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)의 전해질막의 화학적 안정성의 향상을 위하여 3-mercaptopropyl silica gel (3MPTSG)과 poly(arylene ether sulfone)(SPAES)을 이용하여 복합막을 제조하였다. 일반적으로 방향족 탄화수소계 고분자막은 전극 부분에서 발생한 라디컬에 의한 고분자 산화가 일어나 내구성이 감소하게 되는데 이는 대부분 주쇄에 포함 된 에테르 기 부분의 취약성으로 발생한다. 본 연구에서는 이러한 라디칼에 의한 고분자 주쇄의 산화를 방지하기 위해 친수 성의 무기물 입자를 도입하여 이온전도도 감소율을 최소화하고 산화안정성을 높이고자 하였다. 복합막들의 물성 및 전기화학 적 특성을 평가하기 위해 접촉각, FT-IR, 이온전도도, 이온교환용량(IEC), 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 실리카의 함량 이 0에서 0.5%까지 증가함에 따라 이온전도도 및 함수율은 각각 10% 감소한 0.076 S cm-1 및 16% 감소한 24.6 wt%이었으 나, 산화안정성은 10% 향상되었다.

연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질막의 성능향상을 위하여 sulfonated graphene oxide (sGO)와 Nafion을 이용하여 복합막을 개발하였다. sGO/Nafion 복합막 안의 sGO의 균일한 분산을 위해 각기 다른 용매를 사 용한 sGO 분산액과 Nafion 현탁액을 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가 하기 위해 SEM, FT-IR, 이온 전도도, 이온 교환 용량, 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 연구 결과 ODB와 DMAc 혼합 용 매로 sGO를 분산하여 고분자 용액 내에서의 분산도를 향상시켰으며, 이 결과 11 wt%의 낮은 함수율에도 불구하고, 0.06 S cm-1의 기존 연구와 유사한 이온 전도도를 나타내었다.

Much research into fuel cells operating at a temperature below 800℃. is being performed. There are sig-nificant efforts to replace the yttria-stabilized zirconia electrolyte with a doped ceria electrolyte that has high ionic con-ductivity even at a lower temperature. Even if the doped ceria electrolyte has high ionic conductivity, it also shows highelectronic conductivity in a reducing environment, therefore, when used as a solid electrolyte of a fuel cell, the power-generation efficiency and mechanical properties of the fuel cell may be degraded. In this study, gadolinium-doped ceriananopowder with Al2O3 and Mn2O3 as a reinforcing and electron trapping agents were synthesized by ultrasonic pyrol-ysis process. After firing, their microstructure and mechanical and electrical properties were investigated and comparedwith those of pure gadolinium-doped ceria specimen.

In this study, we present a more electrochemically enhanced electrode using activated carbon (AC)-sulfur (S) composite materials, which have high current density. The morphological and micro-structure properties were investigated by transmission electron microscopy. Quantity of sulfur was measured by thermogravimetric analysis analysis. The electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry. As a trapping carbon structure, AC could provide a porous structure for containing sulfur. We were able to confirm that the AC-S composite electrode had superior electrochemical activity.

연료전지는 석유엔진과 비교하여 높은 전류밀도와 효율성, 그리고 친환경적이기 때문에 21세기 들어 대체 발전시스템으로서 각광받아왔다. 연료전지 시스템에서 고분자 전해질 막은 핵심부품으로써 현재 Nafion막이 연료전지시스템에서 사용 중이지만 높은 제조단가와 고온에서 낮은 전도도를 가지는 단점을 가지고 있다. 그러므로 많은 학자들이 낮은 제조단가, 높은 물리적 특성들을 달성하기 위한 연구를 진행하여 왔으며 연료전지의 상용화와 동시에 고성능의 연료전지의 개발을 위하여 많은 방법들이 개발되어 왔다. 그중, 유무기 복합막은 유기물과 무기물의 물성을 균일하게 조합할 수 있으므로 잠재성을 가지고 있는 제조방법이다. 본고에서는 다양한 무기물이 사용되어 제조된 유무기 복합막의 연구동향에 대하여 조사하였다.

The electrolyte effects of the electroplating solution in Cu films grown by ElectroPlating Deposition(EPD) were investigated. The electroplated Cu films were deposited on the Cu(20 nm)/Ti (20 nm)/p-type Si(100) substrate. Potentiostatic electrodeposition was carried out using three terminal methods: 1) an Ag/AgCl reference electrode, 2) a platinum plate as a counter electrode, and 3) a seed layer as a working electrode. In this study, we changed the concentration of a plating electrolyte that was composed of CuSO4, H2SO4 and HCl. The resistivity was measured with a four-point probe and the material properties were investigated by using XRD(X-ray Diffraction), an AFM(Atomic Force Microscope), a FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) and an XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy). From the results, we concluded that the increase of the concentration of electrolytes led to the increase of the film density and the decrease of the electrical resistivity of the electroplated Cu film.

염료감응형 태양전지에 사용되기 위한 유기/무기 복합소재를 합성하였다. 다양한 분자량(400, 600, 1,500, 3,400)의 polyethylene glycol의 양 끝단을 ethoxysilane기로 치환하여 전구체를 제조하였으며, 전구체의 졸-겔 반응을 통하여 복합소재를 합성하였다. 전해질막은 유기/무기 복합소재를 NaI 및 I2로 도핑하여 제조하였으며, 제조한 전해질막의 이온전도 특성을 측정하였다. 전해질막의 이온전도도는 원료로 사용한 PEG에 크게 영향을 받았으며 가장 높은 이온전도도는 분자량 1,500의 PEG를 원료로 사용한 전해질 막에서 볼 수 있었다. 복합전해질막은 전도도에 있어서 큰 향상을 보였다. PEO 전해질막에 비하여 분자량 1,500의 PEC로 제조한 복합전해질막은 월등하게 높은 이온전도도를 보였다.

폴리스티렌-블록-폴리히드록에틸 메타크릴레이트(PS-b-PHEMA), 술포석시닉산(SA), 인텅스텐산(PWA)으로 구성된 수소 이온 전도성 나노복합 고분자 전해질막을 제조하였다. 폴리히드록에틸 메타크릴레이트(PHEMA) 블록의 히드록실그룹(-OH)와 술포석시닉산(SA)의 -COOH 그룹과의 에스테르 반응에 의하여 전해질막을 가교시켰다. 폴리헤테로산(PWA)을 도입했을 때, SO3 - 그룹의 신축 밴드가 1187 cm -1에서 1158 cm -1로 낮아졌으며, 이는 PWA 입자가 전해질막의 술폰산 그룹과 상호작용함을 나타낸다. PWA 함량이 30wt%가 되었을 때, 상온 전도도는 0.045에서 0.062S/cm로 증가되었으며, 이는 PWA 입자의 고유 전도도 특성과 전해질막의 술폰산기의 산도가 증가했기 때문이다. 또한 30wt%를 함유한 복합 전해질막은 100℃에서는 최대 0.126 S/cm의 수소 이온 전도도를 나타내었다 PWA가 첨가됨에 따라 복합 전해질막의 열적특성 또한 증가하였다.

[ TiO2 ]ACF composites were prepared by the electrochemical method with Titanium (IV) n-butoxide (TNB) electrolyte under different electrochemical operation time. The BET surface area for TiO2/ACF composites decrease with the increase of electrochemical operation time. There is a single crystal structure which is anatase in all of the samples from the data of XRD. The SEM micrphotographs of TiO2/ACF composites show that the TiO2 particles were well mixed with the ACF. There are O and P with strong C and Ti peaks in all samples from EDX results, and it also shows that a decrease of the C content with a increasing of Ti content with increasing of the electrochemical operation time in the over all composites. DSC cures show that the exothermic peak of all composites at 560℃ represents the transformation heat of amorphous parts to anatase phase and the discontinuous grain growth of the transformed anatase particles. Finally, the excellent photoactivity of TiO2/ACF composites (especially, ACFT10) could be attributed that the decrease of concentration of MB can be concluded to be much faster for the adsorption by ACF than for photocatalytic decomposition by TiO2.

Polyvinylalcohol (PVA)을 전해질 막으로 이용하여 위하여 가교제로서 sulfosuccinic acid (SSA)와 무기물 첨가제로 phosphotungstic acid (PWA), silicotungstic acid (SiWA) 등의 HPA (heteropolyacid)를 사용하여 PVA/SSA/HPA 복합막을 제조하였다. PVA/SSA/HPA 복합막은 HPA의 농도가 증가함에 따라 함수율은 감소하였으나 IEC값은 증가하는 경향을 나타내었다. PVA/SSA/HPA 복합막의 XRD 분석 결과 HPA의 농도가 증가함에 따라 HPA가 복합막 속으로 잘 분산되는 것을 확인할 수 있었으며 HPA로서 PWA보다 SiWA의 분산성이 우수하였다. TGA 분석결과 PVA/SSA 복합막은 가교 결합으로 인하여 PVA 보다 열안정성이 우수하였으며 복합막의 HPA의 농도가 증가할수록 열안정성이 더욱 증대되는 것을 알 수 있었다. PVA/SSA/HPA 복합막의 메탄올 투과저항은 Nafion보다 현저히 우수하였으며 HPA의 농도가 증가할수록 메탄올의 투과도는 감소하였다.

본 연구에서는 흑연, 열경화성 수지, 그리고 카본 블랙을 사용하여 조성과 제조 조건을 달리하여서 탄소 복합체를 제조하였다. 제조된 탄소 복합체의 고분자 전해질 연료전지용 bipolar plate로의 응용 가능성을 살펴보기 위하여 연속 흐름 기체 투과 장치를 사용하여서 산소의 투과도를 측정하였다 실험 결과 카본 블랙의 양이 증가할수록 산소 투과도가 증가하였으며, 탄소 복합체의 성형 시간이 증가할수록 투과도가 감소하였다 반면에 성형 압력은 산소 투과도에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.