본 연구에서는 유기계 산화 방지제인 가려진 페놀이 그래프팅된 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성하였고, 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조하여 고분자 전해질 막 연료전지에 응용하 였다. HP-GO는 3,5-디-tert-뷰틸-4-히드록시페닐프로피오닐 클로라이드에 존재하는 염화 카보닐기(carbonyl chloride)와 GO에 존재하는 히드록시간의 치환 반응을 통해 합성되었으며, 합성된 HP-GO를 고분자 기지체 대비 0.01~0.5 wt%까지 포함하는 복합 막을 제조하여 순수 Nafion과의 물성 차이를 비교하였다. 특정 함량의 HP-GO가 첨가된 복합 막은 순수 Nafion에 비해 우수한 인장강도와 수분 흡수율 및 치수안정성을 나타내었다. 특히 HP-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HP-GO가 첨가된 복 합 막은 장시간의 펜톤 평가(Fenton’s test) 이후 순수 Nafion 대비 높은 산화 안정성을 나타내었다. 또한 HP-GO에 의한 향상 된 수분 흡수율에 의해 복합 막은 전 습도 구간에서 순수 Nafion 대비 우수한 수소 이온 전도도를 나타내었다.

본 연구에서는 산화 방지 특성이 있는 가려진 페놀기를 도입한 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성한 후 탄화수소계 고분자인 sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)을 기지체로 사용한 복합 막을 제조하여 고분자 연료전지 시스템에 응용하고자 하였다. HP-GO는 GO 표면의 하이드록시기(hydroxy group)와 HP의 염화 카 보닐(carbonyl chloride) 간의 친핵성 아실치환 반응을 통해 합성되었으며, HP-GO의 비율을 다르게 첨가한 복합 막을 제조한 후 선형 SPAES 막과의 비교를 통해 성능 특성 변화를 확인하였다. 특정 함량의 HP-GO를 첨가한 복합 막의 경우 선형 SPAES 막에 비해 체적 안정성과 기계적 강도 및 수소 이온 전도도가 증가된 것을 확인할 수 있었으며, 펜톤 평가(Fenton’s test) 진행 후 막 분해 시간 및 잔여 막 무게 비율이 증가되는 경향을 통해 화학적 내구성 역시 증가한 것을 확인할 수 있었다.

세계적인 탄소중립 정책 추진과 수소 에너지 수요 증가에 따라 고분자 전해질 수전해 및 연료전지 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 해당 기술의 핵심 소재인 과불소계 술폰산 이오노머는 우수한 전기화학적 특성과 화학적 안정성을 가지고 있지만, 높은 제조비용, 한정된 공급망, 강화되는 환경 규제와 같은 문제로 인해 효과적인 재활용 및 재제조 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 초임계 분산 기술을 통해 전해질막 및 막-전극접합체의 제조과정에서 발생하는 고활성을 갖는 전해질막 스크랩을 연료전지 전극바인더로 재제조하는 방법을 제시하고자 한다.

고온 구동형 고분자 전해질 막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 구동 중 발생되는 불순물에 대한 내성이 높고 물관리가 용이하며 고순도의 가스를 연료로 사용하지 않아도 되는 장점을 갖는 다. HT-PEMFC는 인산이 도핑된 막을 통해 수소이온이 전도되기 때문에 전해질 막의 높은 인산의 유지율이 요구된다. 본 총 설에서는 인산의 침출을 방지하여 고성능의 HT-PEMFC용 고분자 전해질 막을 개발하기 위해 1) 인산이 도핑된 전해질 막의 인산 침출에 영향을 미치는 요소를 파악한 후, 이를 개선하기 위해 2) 폴리벤즈이미다졸 기반 막과 인산과의 상호작용을 강 화하여 인산 침출을 방지할 수 있도록 고분자 구조 설계를 진행한 연구와 3) 이오노머의 이온교환 작용기와 인산과의 이온 쌍 상호작용을 통해 인산의 침출을 방지할 수 있도록 이오노머 구조 설계를 진행한 연구들에 대해 살펴보고자 한다.

수전해 시스템에서 제어되지 않은 수소 크로스오버(hydrogen crossover)는 효율 저하 및 폭발 위험성 등을 야기시 키는 위험 요인이다. 수전해 공정에서 양이온교환막(cation exchange membrane, CEM)은 완전히 수화된 상태로 운전되기 때 문에 이중상(two-phase) 물질로 취급하는 것이 중요하다. 본 총설에서는 수소 크로스오버의 특성 평가 중 발생할 수 있는 주 요 기술적 문제를 요약하였다. 특히, pressure decay method (PDM)는 수소 크로스오버를 정확하게 측정하기 위한 기법으로 평가되며, 막 내부 구조 분석에도 활용할 수 있다. 또한, 수소 크로스오버를 평가하는 데 있어 permeability (즉, 고유 물질 특 성) 차원의 고유한 한계를 논의하고, 공정 안전성을 위해 flux 기반(즉, 공정 파라미터)으로의 전환 필요성을 강조한다. 추가 적으로, 막-촉매 계면에서의 과포화(supersaturation) 현상이 크로스오버에 미치는 영향에 대한 연구 필요성을 강조한다.

황산은 뛰어난 촉매제로서의 특성과 경제성으로 산업현장에서 다양한 화학 반응에 널리 사용되고 있다. 그러나 황산은 사용 후 재활용이 불가능하고 대량의 폐수를 발생시키는 특성이 있어 폐기과정에서 환경오염의 위험이 있으며 폐수 처리 과정에서 추가적인 비용 과 에너지가 소모된다. 본 연구는 황산을 대신할 수 있는 친환경 촉매제를 활용하여 폐수 의 배출을 줄이고 기업의 친환경 경영을 강화할 수 있는 방안을 모색하고자 실시되었다. 연구에서는 아민 산화반응을 위해 사용되는 말레인산 무수물 기반 고분자 촉매인 PIMA 과 POMA을 평가하여 피리딘 유도체의 아민 산화반응을 최적화하였다. POMA 촉매는 아연 피리치온 합성에 적용되었으며, 98% 이상의 선택성과 93% 이상의 합성 수율로 높은 촉매 활성을 보였다. 또한 촉매는 여과 과정을 통해 쉽게 회수되었으며, 회수율은 99.8% 를 초과하였고, 여러 번 사용 후에도 활성을 유지하였다. POMA 촉매는 전통적인 황산 촉매를 대체하여 폐수 발생에 의한 환경 부담을 최소화하고 기업의 ESG 경쟁력을 높이는 데 기여할 것으로 기대한다.

Pavements have historically been used for mobility, but their usage in cities is steadily increasing owing to social and cultural development. Urban development is rapidly accelerating, primarily because of the concentration of the urban population. Additionally, the effects of the urban heat island are intensifying owing to global warming. One of the main factors contributing to this phenomenon is the increase in impermeable layers, such as asphalt and concrete pavements, in city centers. Various technological developments have been conducted to reduce the effects of urban heat islands. This study developed a moisture-retaining asphalt that absorbs moisture by incorporating a highly super-absorbent polymer (SAP) into a porous asphalt mixture, with the aim of alleviating the urban-heat-island effect. The porous asphalt mixture was designed accordingly. When the mixing design was completed, tests for the tensile strength ratio (TSR), asphalt wheel tracking, and indoor water permeability were conducted on the porous asphalt. Moreover, Hamburg wheel tracking and dynamic water acupuncture tests were performed to evaluate the compatibility of SAP moisture-retaining asphalt, and the results were as follows: Depending on the type and content of SAP, we confirmed that the TSR and permeability coefficient decreased as the amount of SAP increased, resulting in a decrease in durability. In addition, thermal characteristics and simulations showed that the SAP asphalt mixture would have a heat island reduction effect. In this paper, guidelines for the blending design of SAP moisture-retaining asphalt are presented with the aim of alleviating the urban heat island phenomenon by ensuring durability while simultaneously reducing surface temperatures.

In this work, the depth of the interphase in graphene polymer systems is determined by the properties of graphene and interfacial parameters. Furthermore, the actual volume fraction and percolation onset of the nanosheets are characterized by the actual inverse aspect ratio, interphase depth, and tunneling distance. In addition, the dimensions of graphene, along with interfacial/interphase properties and tunneling characteristics, are utilized to develop the power-law equation for the conductivity of graphene-filled composites. Using the derived equations, the interphase depth, percolation onset, and nanocomposite conductivity are graphed against various ranges of the aforementioned factors. Moreover, numerous experimental data points for percolation onset and conductivity are presented to validate the equations. The optimal levels for interphase depth, percolation onset, and conductivity are achieved through high interfacial conductivity and large graphene nanosheets. In addition, increased nanocomposite conductivity can be attained with thinner nanosheets, a larger tunneling distance, and a thicker interphase. The calculations highlight the considerable impacts of interfacial/interphase factors and tunneling distance on the percolation onset. The highest nanocomposite conductivity of 0.008 S/m is acquired by the highest interfacial conduction of 900 S/m and graphene length (D) of 5 μm, while an insulated sample is observed at D < 1.2 μm. Therefore, higher interfacial conduction and larger nanosheets cause the higher nanocomposite conductivity, but the short nanosheets cannot promote the conductivity.

To improve the lithium-ion battery performance and stability, a conducting polymer, which can simultaneously serve as both a conductive additive and a binder, is introduced into the anode. Water-soluble polyaniline:polystyrene sulfonate (PANI:PSS) can be successfully prepared through chemical oxidative polymerization, and their chemical/mechanical properties are adjusted by varying the molecular weight of PSS. As a conductive additive, the PANI with a conjugated double bond structure is introduced between active materials or between the active material and the current collector to provide fast and short electrical pathways. As a binder, the PSS prevents short circuits through strong π‒π stacking interaction with active material, and it exhibits superior adhesion to the current collector, thereby ensuring the maintenance of stable mechanical properties, even under high-speed charging/discharging conditions. Based on the synergistic effect of the intrinsic properties of PANI and PSS, it is confirmed that the anode with PANI:PSS introduced as a binder has about 1.8 times higher bonding strength (0.4 kgf/20 mm) compared to conventional binders. Moreover, since active materials can be additionally added in place of the generally added conductive additives, the total cell capacity increased by about 12.0%, and improved stability is shown with a capacity retention rate of 99.3% even after 200 cycles at a current rate of 0.2 C.

In this study, a composite material suitable for flexible transparent electrodes was fabricated using Norland Optical Adhesive 68 (NOA 68), an ultraviolet (UV) curable polymer, and silver nanowires (Ag nanowire, AgNW). The mechanical behavior of this composite was then analyzed. A AgNW network structure was embedded in the NOA 68 polymer and cured using UV energy. The composite was prepared with an AgNW network structure formed approximately 4 μm from the top of the NOA 68 matrix. Tensile test specimens were prepared according to ASTM standards, and tensile tests were conducted at room temperature in air. Scanning electron microscopy (SEM) and tensile tests were used to analyze the changes in mechanical behavior according to UV exposure time and the presence of AgNW. The results showed that as UV curing time increased, the yield strength of the composite increased while the elongation decreased. Regardless of the presence of the AgNW filler, the stress-strain curves of the ductile polymer exhibited the typical mechanical behavior of semi-crystalline polymers as UV curing time increased, characterized by strain softening. It was also confirmed that the composite impregnated with AgNW exhibited higher strength in response to changes in mechanical properties due to UV curing.

본 연구는 RC(철근콘크리트) 기둥과 FRP 콘크리트 기둥의 압축성능을 P-M 상관도를 통해 비교, 분석하였으며, 특히 콘크리 트 압축강도, 보강비, FRP의 탄성계수 변화에 따른 기둥의 거동 특성을 분석하였다. 연구 결과, 고강도 콘크리트(40MPa 이상) 사용 시 FRP 보강 기둥의 성능이 RC 기둥을 상회하며, 균형파괴점이 압축영역으로 이동하여 안정성이 향상됨을 확인하였다. 보강비는 0.010∼ 0.015 범위에서 최적 성능을 발휘하며, 과도한 보강은 오히려 취성파괴 위험을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. FRP 물성 선택에 있어 낮은 파괴변형률과 적절한 탄성계수를 가진 재료를 사용하여 균형파괴점을 압축영역에 위치시키는 것이 중요함을 제시하였다. 본 연구 는 FRP 보강 기둥 설계 시 콘크리트 강도, 보강비, FRP 물성을 종합적으로 고려하여 압축성능을 최적화하고 안정성을 확보할 수 있는 방안을 제시하였다. 이러한 결과는 FRP 보강 콘크리트 기둥의 효과적인 설계 및 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.

일반 가열 아스팔트 혼합물 생산 시 높은 온도로 이산화탄소 및 대기오염물질이 발생함으로써, 유럽 및 선진국들은 탄소배출 저감 이 가능한 중온 아스팔트(warm mix asphalt, WMA)를 사용하는 추세이다. 아스팔트 콘크리트의 생산온도를 낮출수록 이산화탄소 발생 량과 연료 소비량을 저감시킬 수 있어 중온 아스팔트 콘크리트에 대한 수요성은 증가하고 있으나 국내외로 중온 아스팔트 콘크리트의 생산온도는 120℃의 한계성을 극복하지 못하고 있는 실정으로 120℃ 이하의 생산기술을 확보하기 위해서는 기능성 개질재 제조기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 110±10℃의 생산온도에서 저온화 고분자형 개질재를 첨가하여 폴리머 개질 저온 아스팔트(Polymer Cool Mix Asphalt, PCMA)를 생산하였으며, PCMA 혼합물의 마샬안정도, 공극률, 동적안정도 및 인장강도비 등을 시험 평가하여 10년 이상의 공용 내구연한 확보를 확인하였다. 또한, 일반 가열 아스팔트 혼합물, 타사 중온화 첨가제를 적용한 아스팔트 혼합물 및 PCMA 혼합물의 비교평가를 실시하였으며 PCMA 혼합물의 피로균열지수(Cracking Tolerance Index) 및 노화계수(Aging Coefficient)가 비교적 매우 우수한 것으로 나타났다. 2024년 8월, 베트남 바리어붕따우성에서 PCMA 혼합물 생산 및 시공을 실시한 결과, 목표 생산온도인 110±10℃의 조건을 확보하였으며, 현장 포설시에도 특이사항 없이 시공이 완료되었다.