본 연구에서는 수전해용 ionomer의 분자동역학 전산모사 모델 제작을 위하여, 과량의 물 분자가 존재하는 수전해 시스템의 특성을 반영한 ionomer 모델을 제작한 후, 기존 연료전지용 전해질막 전산모사 조건에 맞춰 제작한 ionomer 모델과 비교하였다. 최종적으로 얻어진 모델은 과불소계 ionomer의 중요 특징 중 하나인 명확한 상분리 및 수화채널이 관찰되었으며, 과량의 물 및 높은 운전 온도 조건에서도 물에 녹지 않고 안정된 구조를 나타내었다. 제조된 ionomer 모델에서는 과량의 물 분자로 인한 이온 희석 효과로 이온 전달 성능 감소가 나타났으며, 반대로 수소 기체의 투과는 더 증가할 것으로 분석되었다. 따라서 이러한 수전해 시스템의 특성을 반영한 수전해용 ionomer 분자 구조 설계 전략이 필요하고, 분자동역학 전산모사 연 구 시에도 이를 감안한 수전해용 ionomer 모델 제작이 필요하다.

알칼라인 수전해 공정에 사용되는 복합 분리막은 고분자와 나노 세라믹 입자로 구성되며 기계적 안정성과 높은 이온 전도성을 가지는 것이 필수적이다. 나노 세라믹 입자는 알칼라인 용액 내 수산화이온(OH-)의 전도성을 높인다고 보고되어 왔으나 세라믹 입자의 비율에 따른 OH-의 관계와 효과의 이해가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 여러 물성 측정(버블포인트, 이온 저항 등)을 통하여 분리막 성능에 입자의 비율이 미치는 영향과 원인을 연구하였다. 입자의 비율이 증가하면 이온 저항은 감소하며, 높은 버블포인트를 유지한다. 이는 분리막 내의 OH-증가로 이온 저항이 낮아지며, 입자의 밀집한 배열이 버블포인트를 유지하는 것으로 판단된다. 따라서 비율의 증가에 따라 OH-상호 작용으로 높은 전도성과 안정성을 가져온다.

Water electrolysis is a representative electrochemical process to generate hydrogen gas together with oxygen gas by applying electric power. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used as electrode binder materials, in addition to polymer electrolyte membrane materials for water electrolysis to generate hydrogen and oxygen gases with a high purity simultaneously. PFSA binder materials act as physical supports for inorganic catalyst materials in both electrodes. The binder materials play role in transporting protons for hydrogen gas and oxygen gas evolution reaction in the cathode and the anode, respectively. In this study, PFSA ionomers with different chemical architectures and equivalent weights were used as binder materials for water electrolysis. The structure property performance relationship was disclosed.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used as representative polymer electrolyte membrane (PEM) materials for water electrolysis to generate hydrogen and oxygen gases with a high purity (e.g., 99.999%) simultaneously. PEM should satisfy high selectivity of proton to water and act as gas barrier to hydrogen and oxygen in order to improve current efficiency which is a barometer to determine how effectively the electric energy is used for water electrolysis. In this study, PFSA ionomers with different chemical architectures and equivalent weights were used to make PEM materials for water electrolysis. The structure-property-performance relationship was systematically investigated.

Proton-exchange membrane (PEM) water electrolysis is a promising technology for hydrogen production. Meanwhile, recently, hydrogen water production has attracted great attention owing to the increasing demand in healthcare market. Therefore, hydrogen water production via PEM water electrolysis has also gained much interest. The PEM is the key component dominating the hydrogen production efficiency in the system. Although a Nafion meets the criteria for a number of key physical properties required for the operation in PEM water electrolysis, it is too expensive for commercial applications. In this work, therefore, we have developed the membrane electrode assembly (MEA) prepared with cost-effective pore-filled PEMs via a nonequilibrium impregnation-reduction (I-R) method.

알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위해 음이온교환막을 제작하였다. 음이온교환막은 PVC (polyvinyl chloride)를 출발물질로 하여 클로로메틸화 및 아민화에 의해 제작하였다. 제작한 막은 막 특성(막 저항, 이온교환용량)을 평가하였다.제작한 음이온교환막의 1M NaOH수용액에서의 최저 막 저항은 2.9 Ω·cm2를 나타냈다. 이 막은 2.17 meq./g-dry-membrane의 이온교환용량과 43.4%의 함수율을 보였다. 제작한 음이온교환막의 막 특성을 시판의 막 특성과 비교 평가하였다. 1M NaOH수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>Homemade membrane>AHA>APS=AFN의 순으로 저항 값이 높았다. 이온교환용량은 Homemade membrane>AFN>APS>AHT>AHA>IOMAC의 순으로 높은 값을 가졌다.

Hydrogen production via high high-temperature steam electrolysis consumes less electrical energy than compared to conventional low low-temperature water electrolysis, mainly due to the improved thermodynamics and kinetics at elevated temperaturetemperatures. The elementalElemental powders of Cu, Ni, and YSZ are were used to synthesize high high-temperature electrolysis cathodecathodes, of Ni/YSZ and Cu/YSZ composites, by mechanical alloying. The metallic particles of the composites were uniformly covered with finer YSZ particles. Sub-micron sized pores are were homogeneously dispersed in the Ni/YSZ and Cu/YSZ composites. In this study, The cathode materials were synthesized and their Characterizations properties were evaluated in this study: It was found that the better electric conductivity of the Cu/YSZ composite was measured improved compared tothan that of the Ni/YSZ composite. Slight A slight increase in the resistance can be produced for in a Cu/YSZ cathode by oxidation, but it this is compensated offset for by a favorable thermal expansion coefficient. Therefore, Cu/YSZ cermet can be adequately used as a suitable cathode material of in high high-temperature electrolysis.