In zinc-air batteries, the gel polymer electrolyte (GPE) is an important factor for improving performance. The rigid physical properties of polyvinyl alcohol reduce ionic conductivity, which degrades the performance of the batteries. Zinc acetate is an effective additive that can increase ionic conductivity by weakening the bonding structure of polyvinyl alcohol. In this study, polymer electrolytes were prepared by mixing polyvinyl alcohol and zinc acetate dihydride. The material properties of the prepared polymer electrolytes were analyzed by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). Also, Electrochemical impedance spectroscopy was used to calculate ionic conductivity. The electrolyte resistances of GPE, 0.2 GPE, 0.4 GPE, and 0.6 GPE were 0.394, 0.338, 0.290, and 0.213 Ω, respectively. In addition, 0.6 GPE delivered 0.023 S/cm high ionic conductivity. Among all of the polymer electrolytes tested, 0.6 GPE showed enhanced cycle life performance and the highest specific discharge capacity of 11.73 mAh/cm2 at 10 mA. These results verified that 0.6 GPE improves the performance of zinc-air batteries.

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.

직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 연료의 개질 없이 메탄올 연료를 공급하여 수소이온과 전자 생성을 통해 전류를 생산하는 에너지 변환 장치이다. 현재 DMFC에 적용되고 있는 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 높은 수소이온 전도도와 물리화학적 안정성을 갖는 과불소화계 이오노머를 활용한 PEM이지만, 높 은 메탄올 투과율과 분해 시 발생되는 환경 오염 물질 등의 문제로 인해 신규 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 들어, 과불소 화계 이오노머에 비해 낮은 연료 투과율 및 우수한 물리화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 PEM을 DMFC에 적 용하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 탄화수소계 고분자 기반 PEM 중 1) 친수성/소수성 영역의 뚜렷한 나노 상분 리 구조를 나타내는 가지형 공중합체를 합성하여 수소이온 전도성과 메탄올의 선택도를 향상시킨 연구, 2) 제막 단계에서 가 교 구조를 도입하여 메탄올 투과율을 감소시키고 치수 안정성을 향상시킨 연구, 3) 유/무기계 첨가제 및 다공성 지지체를 도 입하여 성능을 개선한 복합 막 개발 연구에 대해 소개하고자 한다.

We conducted research on the removal performance of various odor substances using a deodorizing agent, hypochlorite ion (OCl-), in odor emission sites where various odor-causing substances occur simultaneously. In experiments treating odor gases containing mixtures of aldehydes (acetaldehyde, n-butyl aldehyde, iso-valeraldehyde, propionaldehyde), sulfur compounds (hydrogen sulfide, methyl mercaptan, and dimethyl sulfide), and nitrogen compounds (ammonia and trimethyl amine), it was demonstrated that the introduced odor substances could be simultaneously removed when electrolyzed water was used. The overall removal efficiency was found to be significantly higher than when water alone was used. Particularly, it showed simultaneous effectiveness against acidic, neutral, and alkaline odor substances such as ammonia and hydrogen sulfide. Considering the positive aspects with regard to chemical safety, the use of salt instead of chemicals, and the continuous regeneration of the oxidizing agent, this environmentally friendly deodorization technology is expected to contribute to securing excellent odor removal capabilities and wide-ranging deodorization applications.

Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 (LATP) is considered to be one of the promising solid-state electrolytes owing to its excellent chemical and thermal stability, wide potential range (~5.0 V), and high ionic conductivity (~10-4 S/cm). LATP powders are typically prepared via the sol-gel method by adding and mixing nitrate or alkoxide precursors with chelating agents. Here, the thermal properties, crystallinity, density, particle size, and distribution of LATP powders based on chelating agents (citric acid, acetylacetone, EDTA) are compared to find the optimal conditions for densely sintered LATP with high purity. In addition, the three types of LATP powders are utilized to prepare sintered solid electrolytes and observe the microstructure changes during the sintering process. The pyrolysis onset temperature and crystallization temperature of the powder samples are in the order AC-LATP > CA-LATP > ED-LATP, and the LATP powder utilizing citric acid exhibits the highest purity, as no secondary phase other than LiTi2PO4 phase is observed. LATP with citric acid and acetylacetone has a value close to the theoretical density (2.8 g/cm3) after sintering. In comparison, LATP with EDTA has a low sintered density (2.2 g/cm3) because of the generation of many pores after sintering.

본 연구는 에너지 저장 응용을 위한 PVI-PGMA/LiTFSI 고분자 막 전해질 및 CxNy-C 유연 전극의 합성 및 특성 에 관한 연구이다. 이중 기능을 갖는 PVI-PGMA 공중합체는 우수한 이온 전도성을 나타내었으며, PVI-GMA73/LiTFSI200 막 전해질은 1.0 × 10-3 S cm-1의 최고 전도도를 달성하였다. CxNy-C 전극의 전기화학적 성능을 체계적으로 분석하였으며, C3N2-C는 나노와이어와 다면체로 구성된 높은 연결성을 갖는 하이브리드 구조와 이중 Co/Ni 산화물을 포함하여 풍부한 산 화환원 활성 부위와 이온 확산을 용이하게 하는 특징으로 인해 958 F g-1의 최고용량 및 최소한의 전하 전달 저항(Rct)을 달성 하였다. 흑연 탄소 껍질의 존재는 충전-방전 동안 높은 전기화학적 안정성에 기여하였다. 이러한 결과들은 고성능 에너지 저 장 장치인 슈퍼커패시터 및 리튬 이온 전지와 같은 첨단 에너지 저장 장비에 PVI-PGMA/LiTFSI 고분자 막 전해질과 CxNy-C 전극을 활용하는 잠재력을 보여주었으며, 지속 가능하고 고성능의 에너지 저장 기술을 더욱 발전시키는 길을 열어가 고 있다.

Electroless plating is widely utilized in engineering for the metallization of insulator substrates, including polymers, glass, and ceramics, without the need for the application of external potential. Homogeneous nucleation of metals requires the presence of Sn-Pd catalysts, which significantly reduce the activation energy of deposition. Therefore, rinsing conducted during Sn sensitization and Pd activation is a key variable for the formation of a uniform seed layer without the lack or excess of catalysts. Herein, we report the optimized rinsing process for the functionalization of Sn-Pd catalysts, which enables the uniform FeCo metallization of the glass fibers. Rinsing enables good deposition of the FeCo alloy because of the removal of excess catalysts from the glass fiber. Concurrently, excessive rinsing results in a complete removal of the Sn–Pd nucleus. Collectively, the comprehensive study of the proposed nanomaterial preparation and surface science show that the metallization of insulators is a promising technology for electronics, solar cells, catalysts, and mechanical parts.

Lithium lanthanum titanium oxide (LLTO) is a promising ceramic electrolyte because of its high ionic conductivity at room temperature, low electrical conductivity, and outstanding physical properties. Several routes for the synthesis of bulk LLTO are known, in particular, solid-state synthesis and sol-gel method. However, the extremely low ionic conductivity of LLTO at grain boundaries is one of the major problems for practical applications. To diminish the grain boundary effect, the structure of LLTO is tuned to nanoscale morphology with structures of different dimensionalities (0D spheres, and 1D tubes and wires); this strategy has great potential to enhance the ion conduction by intensifying Li diffusion and minimizing the grain boundary resistance. Therefore, in this work, 0D spherical LLTO is synthesized using ultrasonic spray pyrolysis (USP). The USP method primarily yields spherical particles from the droplets generated by ultrasonic waves passed through several heating zones. LLTO is synthesized using USP, and the effects of each precursor and their mechanisms as well as synthesis parameters are analyzed and discussed to optimize the synthesis. The phase structure of the obtained materials is analyzed using X-ray diffraction, and their morphology and particle size are analyzed using field-emission scanning electron microscopy.

Flexible zinc-air batteries have many merits, including low cost, high safety, environmentally friendliness applicability, etc. One of the key factors to improve the performance of flexible zinc-air batteries is to use a gel electrolyte. In this study, gel electrolytes were synthesized from potato, sweet potato, and corn starch. In a comparison of each starch, the corn starch-based gel electrolyte showed the highest discharge capacity of 12.41 mAh/cm2 in 20 mA and 6.47 mAh/cm2 in 30 mA. It also delivered a higher specific discharge capacity of 7.06 mAh/cm2 than the other materials after 100° bending. In addition, the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was analyzed to calculate the ionic conductivity. The potato, sweet potato, and corn starch-based gel electrolytes showed electrolyte resistances (Re) of 0.306, 0.298, and 0.207 Ω, respectively. In addition, the corn starch-based gel electrolyte delivered the highest ionic conductivity of 0.121 S cm-1 among the other gel electrolytes. Thus, the corn starch-based gel electrolyte was verified to improve the performance of flexible zinc-air batteries

본 실험에서는 무전해 도금을 통하여 Pd 및 Pd-Cu 분리막을 제조하여 수소 투과 성능을 분석하였다. 분리막의 지 지체는 α-Al2O3 세라믹 중공사를 사용하였다. Pd-Cu 분리막은 무전해 도금을 실시하였고 Pd-Cu 합금을 만들기 위하여 수소 분위기에서 500°C, 18 h 동안의 열처리 과정을 거쳤다. 그 후, Pd-Cu 분리막은 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction) 분석을 통해 합금이 형성된 것을 확인하였다. Pd 및 Pd-Cu 도금층의 두께는 SEM (Scanning Electron Microscope) 분석을 통해 각각 약 3.21, 3.72 μm으로 측정되었다. 수소 투과 성능은 수소 단일 가스, 혼합가스(H2, N2)에서 350~450°C, 1~4 bar의 범위에서 수소 투과 실험을 진행하였다. 수소 단일 가스에서 Pd 및 Pd-Cu 분리막은 450°C, 4 bar에서 최대 54.42, 67.17 ml/cm2⋅min의 flux를 가지며, 혼합가스에서는 450°C, 4 bar의 조건일 때, 각각 1308, 453의 separation factor가 나오는 것을 확인하였다.

고온 구동형 고분자 전해질 막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 전극의 빠른 활성과 피독 현상에 대한 높은 저항성으로 인해 저온 구동형 PEMFC의 대안으로 많은 연구가 진행되고 있다. 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)을 기반으로 한 PEM의 경우 고온 구동 조건에서 이온 전도성 물질과의 높은 상호 작용과 우수한 열적ㆍ기계적 안정성 특징으로 인해 HT-PEMFC용 PBI 기반 전해질 막 개발과 관련된 다양한 연구들이 진행 되고 있다. 본 총설에서는 고성능/고내구성의 PBI 기반 PEM을 개발하기 위해 1) 인산 및 다양한 이온전도성 물질이 도핑된 PBI 막의 특성 분석과 막 제조법에 따른 PBI 막의 물성 비교에 관한 연구를 우선적으로 살펴본 후 2) 다공성 폴리테트라플루 오르에틸렌 지지체 및 무기 입자 혼입을 통한 PBI 복합 막의 성능 개선 연구 및 3) 고분자 블렌딩을 통해 가교 구조가 도입 된 PBI 기반 가교 막의 내구성 향상에 관한 연구 동향에 대하여 소개하고자 한다.