미생물 연료전지는 신재생에너지로서 미생물이 유기물을 분해하는 신진대사 과정을 통해서 전기에너지를 생성한다. 각종 유기물이 풍부한 폐수를 이용하여 전력을 생산할 뿐 아니라, 슬러지 발생량도 감축할 수 있는 미래 전도유망한 친환경에너지이다. 하지만 이를 상용화하기 위해서는 전지 내부에서 발생하는 모든 저항요소들을 감소시켜 더 높은 전력밀도를 생산해야 될 필요가 있다. 예를 들어 신진대사가 활발한 미생물의 종류, 미생물과 전극의 효과적인 전자전달 과정, 전극의 재료 및 형태 등의 개선을 통하여 전력밀도를 높일 수 있다. 특히, 고분자 전해질 분리막의 성능개선은 산화, 환원전극조를 완벽히 분리할 뿐만 아니라, 환원전극으로의 수소이온 전도도를 높여 내부저항을 줄일 수 있는 핵심 요소이다.

염료감응형 태양전지에 사용되기 위한 유기/무기 복합소재를 합성하였다. 다양한 분자량(600, 1,500, 2,000, 3,400)의 polyethylene glycol 양 끝단을 ethoxysilane기로 치환하여 전구체를 제조하였으며, 전구체간의 졸-겔 반응을 통하여 복합소재를 합성하였다. 전해질막은 유기/무기 복합소재를 KI 및 I2로 도핑하여 제조하였으며, 제조한 전해질의 이온전도도 특성을 측정하였다. 전해질막의 이온전도도는 원료로 사용한 PEG에 크게 영향을 받았으며 가장 높은 이온전도도는 분자량 2,000의 PEG를 사용한 전해질막에서 볼 수 있었다. 복합전해질막은 이온전도도에 있어서 큰 향상을 보였다. PEO 전해질막에 비하여 분자량 2,000의 PEG를 사용하여 제조한 복합전해질막은 월등하게 높은 이온전도도를 보였다.

염료감응형 태양전지를 위한 고분자 전해질막을 제조하였다. 고분자물질로는 Poly(ethylene oxide) (PEO)를 사용하였으며, 가소제로서 poly(ethylene glycol) (PEG)를 첨가하였고, 전해질염 및 I - /I3 - ,의 공급원으로서 KI 및 I2를 첨가하여 고분자 전해질막을 제조하였으며, 이와 같은 고분자 전해질막을 바탕으로 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 고분자 전해질 내의 가소제로서의 PEG 함량은 0%에서 85%의 범위로 변화하였다. 이러한 PEG 함량 전 구간에서 고분자 전해질막은 그 형태를 자체적으로 유지하는(self supporting) 완벽한 고체 전해질막의 형태로 제조되었다. PEG 함량이 증가하면서 전해질막을 통한 이온전도도와 I3- 이온의 확산도계수는 증가하였다. 염료감응형 태양전지에 있어서는 고분자 전해질막 내의 PEG 함량이 증가하면서 그 효율이 증가함을 볼 수 있었다.

원자전달 라디칼 중합을 이용하여 poly(styrene sulfonic acid) 47 wt%를 가진 poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)-g-poly(styrene sulfonic acid) (P(VDF-co-CTFE)-g-PSSA) 가지형 공중합체를 합성하였다. 티타늄 아이소프로폭사이드(TTIP)와 가지형 공중합체를 졸-겔 공정을 통하여 TiO2/가지형 공중합체 복합막을 제조하였다. TTIP는 가지형 공중합체의 친수성을 가진 PSSA 영역에만 선택적으로 결합하였으며 그곳에 TiO2 나노 입자가 형성되어 성장하였다. 이와 같은 결과를 적외선과 자외선 분광학으로 확인할 수 있다. 함수량과 이온 교환 능력 (IEC)는 TTIP의 함량에 따라 감소하였고 이것은 막이 가진 술폰산의 수가 감소하기 때문이었다. TTIP가 5 중량%일 때, 막의 기계적 강도는 증가하고 수소이온 전도도도 유지되었다.

The electrocatalytic characteristics of oxygen reduction reaction of the PtxM(1-x) (M = Co, Cu, Ni) supported on multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) have been evaluated in a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC). The PtxM(1-x)/MWNTs catalysts with a Pt : M atomic ratio of about 3 : 1 were synthesized and applied to the cathode of PEMFC. The crystalline structure and morphology images of the PtxM(1-x) particles were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy, respectively. The results showed that the crystalline structure of the Pt alloy particles in Pt/MWNTs and PtxM(1-x)/MWNTs catalysts are seen as FCC, and synthesized PtxM(1-x) crystals have lattice parameters smaller than the pure Pt crystal. According to the electrochemical surface area (ESA) calculated with cyclic voltammetry analysis, Pt0.77Co0.23/MWNTs catalyst has higher ESA than the other catalysts. The evaluation of a unit cell test using Pt/MWNTs or PtxM(1-x)/MWNTs as the cathode catalysts demonstrated higher cell performance than did a commercial Pt/C catalyst. Among the MWNTs-supported Pt and PtxM(1-x) (M = Co, Cu, Ni) catalysts, the Pt0.77Co0.23/MWNTs shows the highest performance with the cathode catalyst of PEMFC because they had the largest ESA.

원자전달 라디칼 중합을 이용하여 polystyrene-b-poly (hydroxyethyl methacrylate) (PS-b-PHEMA) 블록 공중합체를 합성한 뒤, 블록 공중합체의 -OH 그룹과 이미다졸 디카르복실릭산 (IDA)의 -COOH 그룹과의 에스테르 반응에 의하여 가교된 전해질막을 제조하였다. 인산(H3PO4)을 도핑하여 이미다졸-인산 착체를 형성한 결과, 인산 함량이 증가함에 따라 공중합체 전해질막의 수소 이온 전도도가 계속 증가하였다. 또한 인장강도와 인장률 모두 인산 함량에 따라 증가하였다. 특히 [HEMA]: [IDA]:[H3PO4] = 3:4:4의 조성을 갖는 PS-b-PHEMA/IDA/H3PO4 블록 공중합체 전해질막은 100°C의 비가습 조건에서 최대 0.01 S/cm의 수소이온 전도도를 나타내었다. 열분석(TGA) 실험을 통하여 전해질막은 350°C의 고온까지 열적으로 안정함을 확인하였다.

친전자성 치환반응을 통하여 제조된 술폰화 단량체와 비(非)술폰화 단량체의 직접 중합법을 통하여 서로 다른 술폰화도를 나타내는 술폰화 폴리아릴에테르술폰 공중합체를 합성하고, 이들로부터 직접 메탄올 연료전지용 이중층(層) 고분자 전해질 막을 제조하였다. 우수한 이온 전도특성을 나타내는 술폰화도 50%의 공중합체를 사용하여 전해질 막의 모체(母體) 전도층을 제조하고, 이들의 한쪽 표면에 술폰화도 10%의 공중합체를 도포한 후 건조하여 낮은 메탄올 투과 특성의 코팅층을 형성시켰다. 도포되는 공중합체의 질량비를 5~20%로 조절함으로써 코팅 층 두께에 따른 전해질 막의 특성 변화를 고찰하였으며, 형성된 코팅 층을 막-전극 접합체의 음극 면에 접합시켜 운전 시 메탄올 연료와 직접 접촉하도록 하였다. 이중층 형성 공정을 통하여, 단일 전해질 막과 동등한 수준의 이온 전도 특성을 유지하면서도, 전해질 막을 통한 메탄올 투과 특성이 현저히 개선된 우수한 효율의 고분자 전해질 막 제조가 가능하였다. 작동 온도 60°C, 2 M의 메탄올 공급 환경에서 수행된 연료 전지 성능 평가 결과, 막-전극 접합체 출력 밀도는 5%의 질량비에서 최대 134.01 mW/cm2였으며, 이로부터 상용 나피온 115 대비 105.5%의 향상된 성능 효율을 확인할 수 있었다.

원자전달 라디칼 중합을 이용하여 poly(hydroxyl ethyl acrylate)-b-polystyrene-b-poIy(hydroxyl ethyl acrylate) (PHEA-b-PS-b-PHEA) 트리블록 공중합체를 합성하였다. 이렇게 합성된 PHEA-b-PS-b-PHEA블록 공중합체의 -OH 그룹과 이미다졸 디카르복실릭산(IDA)의 -COOH 그룹과의 에스테르 반응에 의하여 가교된 전해질막을 제조하였다. 인산(H3PO4)을 도핑하여 이미다졸-인산 착체를 형성한 결과, 인산 함량이 증가함에 따라 고분자 전해질막의 수소 이온 전도도가 증가하였다. 특히 [HEA]:[IDA]:[H3PO4]=3:4:4의 조성을 갖는 PHEA-b-PS-b-PHEA/IDA/H3PO4 고분자 전해질막은 100℃의 비가습 조건에서 최대 0.01 S/cm의 수소이온 전도도를 나타내었다. 열분석 결과(TGA) 전해질막은 350℃의 고온까지 열적으로 안정함을 확인하여 연료전지에 적용이 가능함을 보여주었다.

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.

Lithium dihydrogen phosphate (LiH2PO4) powder was purchased from Aldrich Chemical Co. Fromthe scanning electron microscope (SEM) observation, these polycrystals have dimensions in the range of 25-250µm. The electrical conductivity was measured at a measuring frequency of 1 kHz on heating polycrystallinelithium dihydrogen phosphate (LiH2PO4) from room temperature to 493 K. Two anomalies appeared at 451K (Tp1) and 469 K (Tp2). The electrical conductivity reached the magnitude of the superprotonic phases: 3×10-2Ω-1cm-1 at 451 K (Tp1) and 1.2×10Ω-1cm-1 at 469 K (Tp2). It is uncertain whether the superprotonic phasetransformations are due to polymorphic transitions in the bulk, surface transitions, or chemical reactions(thermal decomposition) at the surface. Considering several previous thermal studies (differential scanningcalorimetry and thermogravimetry), our experimental results seem to be related to the last case: chemicalreactions (thermal decomposition) at the surface with the progressive solid-state polymerization.

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.

본 연구에서는 Poly(vinyl alcohol) (PVA)을 주쇄부(base polymer)로 하여 화학적 가교를 실시하기 위하여 Poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA)를 첨가하고, 실리카와 술폰산기를 함유한 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid (THS-PSA)의 함량변화와 열 가교온도 변화를 통하여 직접 메탄을 연료전지(DMFC)에 적용하기 위한 고분자 전해질 막 소재에 관한 연구를 실시하였다. 제조된 막을 Nafion 115와 함께 비교하기 위하여 동일한 조건에서 함수율, 열 중량 분석(TGA), 이온교환용량, 이온전도도 및 메탄올 투과도를 실시하였다. 실험을 통하여 THS-PSA의 함량과 열 가교 온도변화에 따라서 메탄올 투과도가 10 -6에서 10 -8 cm 2 /s로 감소된 결과를 얻었으며, 이온전도도는 10 -3에서 10 -2 S·cm -1으로 향상되어 Nafion 115보다 우수한 결과를 나타내었다.

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.

은 고분자 전해질은 올레핀/파리핀 혼합물 분리에 매우 효과적인 분리막 재료이다. 이는 고분자 매질속에 녹아 있는 은이온이 올레핀과 선택적, 가역적 반응을 통해 올레핀만을 분리막속으로 통과시키기 때문이다. 그러나 이러한 은 고분자 전해질 분리막은 실제 공정에 응용되기에는 다소 약한 장시간 운전 성능 안정성을 보인다. 즉 분리 성능이 시간이 지남에 따라 점차 감소되는데 이는 은이온이 은 나노입자로 환원되기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 poly(vinyl pyrrolidone) (PVP)와 AgBF4로 이루어진 고분자 전해질막의 안정성을 향상시키고자 비이온 계면활성제인 C18H35(OCH2CH2)20OH (Brij98)를 첨가제로 사용하였다. 분리막속에서 은이온의 은 나노입자로의 환원현상을 원자전자 현미경과 자외선 분광학을 이용하여 분석하였다. 그 결과 Brij98이 첨가된 분리막의 경우 은 나노입자의 성장이 늦춰졌으며, 프로판/프로핀렌 선택도가 장시간 유지됨을 알 수 있었다.

술폰화 폴리아릴에테르벤즈이미다졸 공중합체를 K2CO3를 이용한 직접중합법으로 합성하고 인산도핑을 하여 고온운전 연료전지용 고분자전해질 막을 제조하였다. 최적의 전해질 막 제조를 위하여 술폰화도 0~60% 및 도핑을 0.7~5.7의 범위에서 다양한 조성의 전해질 막 제조실험이 수행되었으며, 원자현미경분석 및 열중량분석, 수소 이온 전도도측정 등을 통해 전해질 막의 기본특성들을 평가하였다. 수소 이온 전도도는 도핑율에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 130℃의 비 가습환경에서 측정된 수소 이온 전도도는 도핑을 5.7의 전해질 막에서 최대 7.3×10 -2 S/cm의 값을 나타내었다.

The electrochemical properties of novel metal powders were investigated for the electrode materias of polymer electrolyte memebrane electrolysis. Two types of Pt black and powder electrodes were hot-pressed on the polymer electrolyte membrane to form membrane electrode assembly. The galvanodynamic polarization methode was used to characterize the electrochemical properties of both electrodes. From the experimental results, we concluded that the powder electrode exhibits better electrochemical performance than Pt black as cathode material for the electrolysis.

본 연구는 불소관능기인 perfluorocyclobutane (PFCB), fluorenyl, sulfonyl계 방향족 화합물을 동시에 포함하는 술폰화된 랜덤 고분자 전해질 막의 제조 및 그 특성에 관한 것이다. 이러한 고분자 전해질 막은 세단계의 합성, 즉 trifluorovinyloxy그룹을 양말단에 포함하는 단량체의 합성, 중부가반응 형태의 열중합, 그리고 chlorosulfonic acid를 이용한 후술폰화를 통하여 얻어졌다. 후술폰화 반응은 고분자 내에 포함된 fluorenyl기의 함량에 따라 일정한 몰비의 술폰화제 비율로 고정하여 진행되었으며, 이에 따라 다양한 이온교환 능력(IEC)을 가지는 고분자를 쉽게 합성할 수 있었다. 제조된 단량체 및 고분자들의 구조와 순도는 각각 FT-IR과 NMR 그리고 질량분석기를 통하여 확인되었다. 술폰화된 fluorenyl기가 많아질수록 술폰화도와 이온교환 능력이 증가하는 것을 확인할 수 있었고 그에 따른 함수율도 역시 증가하는 거동을 보였다. 술폰화된 고분자들의 이온전도도를 측정한 결과 술폰화도가 증가할수록 이온 전도도가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다, 이렇게 제조된 전해질막 중 S-1과 S-2의 경우 다양한 온도범위(25sim80℃ 수식 이미지)에서 상용 전해질막인 Nafion-115를 능가하는 우수한 이온전도도를 나타냈다.