When decommissioning of nuclear facilities happens, large amounts of radioactive wastes are released. Because costs of nuclear decommissioning are enormous, effective and economical decontamination technologies are needed to remove radioactive wastes. During NPP operation, corrosion product called Chalk River Unidentified Deposits (CRUD) is generated. CRUD is an accumulation of substances and corrosion products consisting of dissolved ions or solid particles such as Ni, Fe, and Co on the surface of the NPP fuel rod coating. CRUD is slowly eroded by the circulation of hot pressurized water and later deposits on the fuel rod cladding or external housing, thereby reducing heat production by the nuclear fuel. Decontamination of radiologically contaminated metals must be performed before disposal, and several methods for decontaminating CRUD are being studied in many countries. Decontamination technology is an alternative to reducing human body covering and reducing radioactive waste disposal costs, and much research and development has been conducted to date. Currently, the importance of decontamination is emerging as the amount of waste stored in radioactive waste storage is close to saturation, and the amount of radioactive waste generated must be minimized through active decontamination. In this study, a preliminary study was conducted on the removal of CRUD by multiple membrane in an electro-kinetic process using an electrochemicalbased decontamination method. Preliminary research to develop a technology to electrochemically remove CRUD by using a self-produced electrochemical cell to check the pH change over time of the CRUD cell according to voltage, electrolyte, membrane and pH change.

The development of separation method of radioactive tritium is imperative for treating tritiumcontaminated water originating from nuclear facilities. Polymer electrolyte membrane electrolysis technology represents a promising alternative to conventional alkaline electrolysis for tritium enrichment. Nevertheless, there has been limited research conducted thus far on the composition of membrane electrode assemblies (MEAs) specifically optimized for tritium separation, as well as the methods used for their fabrication. In this study, we conducted an investigation aimed at optimizing MEAs specifically tailored for tritium separation. Our approach involved the systematic variation of MEA components, including the anode, cathode, porous transport layer, and electrode formation method. The water electrolysis efficiency and the H/D separation factor in deuterated water (1%) were evaluated with respect to both the preparation method and the composition of the MEA. To assess the long-term stability of the MEAs, changes in cell voltage, resistance, and the active electrode area were analyzed using impedance analysis and cyclic voltammetry. Furthermore, we examined H/D separation factor both before and after degradation. The results showed that MEAs with different anode/cathode configurations and electrode formation methods improved the electrolysis efficiency compared to commercial MEAs. In addition, the degree of change in the resistance value was also different depending on the electrode formation method, indicating that the electrode formation method has a significant impact on the stability of the electrolysis system. Therefore, the study showed that the efficiency and long-term stability of the water electrolzer can be improved by optimizing the MEA fabrication method.

Hydrogen isotope separation involves the separation of hydrogen, deuterium, tritium, and their isotopologues. It is an essential technology for removing radioactive tritium contamination and for obtaining valuable hydrogen isotope resources. Among various hydrogen isotope separation technologies, water electrolysis technology exhibits a high separation factor. Consequently, the electrolysis of tritiated water is of paramount importance as a tritium enrichment method for treating tritium-contaminated water and for analyzing tritium in environmental samples. More recently, hydroelectrolysis technology, which utilizes proton exchange membranes (PEM) to reduce water inventory, has gained favor over traditional alkaline hydroelectrolysis. Nevertheless, it is crucial to decrease the hydrogen permeability of the PEM in order to mitigate the explosion risk associated with tritium hydrogen electrolysis devices. Additionally, efforts are needed to enhance the hydrogen isotope selectivity of the PEM and optimize the manufacturing process of the membrane-electrode assembly (MEA), thereby improving both hydrogen isotope separation performance and water electrolysis efficiency. In this presentation, we will delve into two key aspects. Firstly, we’ll explore the reduction of hydrogen permeability and the enhancement of the hydrogen isotope separation factor in PEM through the incorporation of 2D nanomaterial additives. Secondly, we’ll examine the influence of various MEAs preparation methods on electrolysis and isotope separation performances. Lastly, we will discuss the effectiveness of the developed system in separating deuterium and tritium.

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are an auspicious energy conversion technology with the potential to address rising energy demands while reducing greenhouse gas emissions. The stack’s performance, durability, and economy scale are greatly influenced by the materials used for the PEMFC, viz., the membrane electrocatalyst assembly (MEA) and bipolar flow plates (BPPs). Despite extensive study, carbon-based materials have outstanding physicochemical, electrical, and structural attributes crucial to stack performance, making them an excellent choice for PEMFC manufacturers. Carbon materials substantially impact the cost, performance, and durability of PEMFCs since they are prevalently sought for and widely employed in the construction of BPPs and gas diffusion layers (GDLs)) and in electrocatalysts as a support material. Consequently, it is essential to assemble a review that centers on utilizing such material potential, focusing on its research development, applications, problems, and future possibilities. The prime focus of this assessment is to offer a clear understanding of the potential roles of carbon and its allotropes in PEMFC applications. Consequently, this article comprehensively evaluates the applicability, functionality, recent advancements, and ambiguous concerns associated with carbonbased materials in PEMFCs.

막 축전식 탈염 공정(membrane capacitive deionization, MCDI)은 이온교환막을 다공성 전극과 함께 사용하여 탈 염 효율을 향상시킬 수 있는 CDI 공정의 변형이다. 이온교환막은 MCDI의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 본 연구에서는 MCDI의 탈염 효율을 크게 향상시킬 수 있는 이온교환막의 최적 제조 인자를 도출하고자 하였다. 이를 위해 PE 다공성 필름의 세공에 단량체를 충진하고 in-situ 광중합을 진행하여 세공충진 이온교환막(pore-filled ion-exchange membranes, PFIEMs)을 제조하였다. 실험 결과, 제조된 PFIEMs은 다양한 탈염 및 에너지 변환 공정에 적용할 수 있는 수준의 우 수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 또한, MCDI 성능과 막 특성 인자와의 상관성 분석을 통해 막의 가교도를 제어하여 막 의 전기적 저항이 충분히 낮은 범위에서 이온 선택 투과성을 최대화하는 것이 MCDI의 성능 향상을 위해 가장 바람직한 막 제조 조건이라는 결론을 얻었다.

가스 분리 방법 중에서도, 멤브레인을 이용한 CO2 포집 및 분리는 지속적으로 개발되고 있는 꾸준히 성장하는 분 야이다. 이온성 액체(IL) 기반 복합 막은 CO2를 분리하는 데 있어 우수한 성능값을 보여준다. 유사하게, 다양한 공중합체/IL 복합막 또한 향상된 성능을 보여준다. 이러한 공중합체/IL 복합만에 산화그래핀과 같은 필러를 첨가하면 IL과 유기 필러 사 이에서 발생하는 강한 상호작용으로 인해 필러의 효과가 더욱 향상되며, 이는 결과적으로 CO2의 친화도, 선택도 및 흡착과 같은 요소를 향상시킨다. 금속-유기 구조체(MOF)를 사용하는 공중합체/IL 복합 막은 향상된 CO2 투과도를 보여주었다. 이 총설에서는 이온성 액체와 공중합체복합막의 다양한 조합에 따른 이산화탄소분리성능에 대한 상관관계를 논의한다.

VRFB에 사용되는 막의 수송 능력은 배터리 성능에 필수적인 요소이다. 탁월한 배터리 성능을 위해서는 높은 양 성자 전도도와 낮은 바나듐 이온 투과도가 달성되어야 한다. 하지만 양성자 전도도와 바나듐 이온 투과도 사이에는 상충관계 가 존재한다. 따라서 이 상충관계를 해결하는 것이 VRFB의 발전에 필수적이다. 또한 높은 쿨롱 효율, 전압 효율 및 에너지 효율을 유지하는 것이 고성능 VRFB를 위해 필수적이다. 최근 복합막과 SPEEK 막을 중심으로 나피온 막의 기존 한계를 극 복하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. VRFB은 이 논문에서 검토하는 복합막에서 충전식 배터리의 필수 등급이다.

본 연구에서는 중공사형 지지체막을 폴리술폰(polysulfone, PSf) 고분자를 이용하여 비용매 상분리법(non solvent induced phase separation, NIPS)에 의해 제조하였다. 제조된 중공사 지지체막을 PDMS와 Pebax를 코팅하여 중공사형 복합막 을 제조하고 CO2, H2, O2 그리고 N2에 대한 순수 투과도(permeance)와 선택도를 측정하였다. 제조된 복합막 모듈 중에서 선 택도(CO2/H2)가 가장 높은 모듈을 선정하여 모사가스를 사용하여 스테이지컷(stage cut, SC)의 변화에 따라 분리성능을 측정 하였다. 이때 사용된 모사가스는 PSA에서 버려지는 off gas의 농도인 CO2 70% : H2 30%인 것을 사용하였다. 1단 실험에서 는 H2 농도 약 60%, H2 회수율 12%의 값을 얻을 수 있었다. 낮은 H2 농도와 회수율을 극복하기 위해 2단 직렬 테스트를 수 행하였으며, 이를 통해 H2 농도 약 70%, H2 회수율 70%를 달성할 수 있었으며, 이를 통해 CO2/H2 분리에 대하여 분리 공정 구성을 도출할 수 있었다.

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.

먼지 필터 막은 인간의 건강, 안전 및 환경 보호의 몇 가지 중요한 측면에 기여하기 때문에 인간의 삶과 다양한 산업에서 중요한 역할을 한다. 이 연구는 고온 조건에 대한 우수한 열안정성과 접착 특성을 가진 polysulfone@polyphenylene sulfide/polytetrafluoroethylene (PSf@PPS/ePTFE) 복합 먼지 필터 막의 개발을 제시한다. FT-IR 분석은 PSF 접착제가 PPS 직 물에 성공적으로 함침되고 ePTFE 지지체와의 상호 작용을 확인한다. FE-SEM 이미지는 향상된 섬유 상호 연결 및 PSf 농도 와 함께 접착력을 보여준다. PSf@PPS/ePTFE-5는 가장 적합한 다공성 구조를 보여준다. 복합 막은 400°C까지 예외적인 열 안정성을 보여준다. 박리 저항 테스트는 먼지 여과에 대한 충분한 접착력을 보여 공기 투과성을 희생시키지 않고 힘든 고온 조건에서 신뢰할 수 있는 성능을 보장한다. 이 막은 산업 응용 분야에서 유망한 잠재력을 제공한다. 더 나아가 최적화 및 응 용 가능성을 탐구할 수 있다.