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.

고체전해질은 높은 에너지 밀도와 안전성을 갖춘 차세대 리튬이온전지에 꼭 필요한 핵심 요소다. 이러한 고체전 해질의 제작을 위해서 기존 고체전해질의 낮은 이온전도도와 높은 계면저항 문제를 해결해야 한다. 본 연구에서는 강화된 이 온 전도성과 계면 안정성을 지닌 PVDF-HFP 고분자에 분산된 Li7La3Zr2O12 (LLZO) 나노와이어 복합체를 기반으로 하는 새 로운 전해질(PVDF-HFP/LLZO/SN, PHLS membrane)을 제안한다. PHLS에 용매 열압착(Sovlent heat press, SHP)을 통해 계 면 저항과 내부 공극이 감소된 PHLS-(SHP)는 30°C에서 2.06 × 10-4 S/cm의 높은 이온 전도도, 4.5 V (vs. Li/Li+)의 넓은 전 기화학적 전위 창, 리튬 금속과 전해질 사이의 안정된 계면 안정성을 나타냈다. 0.2 mA/cm2에서 수행된 Li 대칭 셀을 사용한 전기화학적 테스트에서 150 시간 이상 안정성을 유지하는 것으로 확인되었으며, 이는 당사의 복합 기반 고체 전해질을 활용 하여 전기화학적 성능이 향상되었음을 시사한다.

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.

In this study, ester co-solvents and fluoroethylene carbonate (FEC) were used as low-temperature electrolyte additives to improve the formation of the solid electrolyte interface (SEI) on graphite anodes in lithium-ion batteries (LIBs). Four ester co-solvents, namely methyl acetate (MA), ethyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate, were mixed with 1.0 M LiPF6 ethylene carbonate:diethyl carbonate:dimethyl carbonate (1:1:1 by vol%) as the base electrolyte (BE). Different concentrations were used to compare the electrochemical performance of the LiCoO2/ graphite full cells. Among various ester co-solvents, the cell employing BE mixed with 30 vol% MA (BE/MA30) achieved the highest discharge capacity at − 20 °C. In contrast, mixing esters with low-molecular-weight degraded the cell performance owing to the unstable SEI formation on the graphite anodes. Therefore, FEC was added to BE/MA30 (BE/MA30-FEC5) to form a stable SEI layer on the graphite anode surface. The LiCoO2/ graphite cell using BE/MA30-FEC5 exhibited an excellent capacity of 127.3 mAh g− 1 at − 20 °C with a capacity retention of 80.6% after 100 cycles owing to the synergistic effect of MA and formation of a stable and uniform inorganic SEI layer by FEC decomposition reaction. The low-temperature electrolyte designed in this study may provide new guidelines for resolving low-temperature issues related to LIBs, graphite anodes, and SEI layers.

The reversible metal electrodeposition (RME) process is used to prepare electrochromic mirrors with reflectivetransparent optical states, by depositing metal particles on transparent conductive substrates. These RME based devices can be used in smart windows to regulate indoor temperatures and light levels, serving dual purposes as lighting elements. Commercialization efforts are focused on achieving large-scale production, long-term durability, and a memory effect that maintains coloration without applied voltage. Enhancing durability has received particular attention, leading to the development of electrochromic mirrors that employ gel electrolytes, which are expected to reduce electrolyte leakage and improve mechanical stability compared to traditional liquid electrolyte devices. The gel electrolytes offer the additional advantage of various colors, by controlling the metal particle size and enabling smoother, denser formations. In this study, we investigated improving the durability of RME devices by adding polyvinyl butyral (PVB) to the liquid electrolyte and optimizing the concentration of PVB. Incorporating 10 % PVB resulted in excellent interfacial properties and superior electrochromic stability, with 92.6 % retention after 1,000 cycles.

A series of ZIF-67-C-IL catalysts were prepared using ZIF-67 and 1-butyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl] imide ([ BMIM]NTf2) ionic liquid as precursors. The structure of the catalysts was characterized by XRD, TEM, SEM and XPS. The catalytic performance of the catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) was evaluated in a three-electrode system. The results confirmed that the high-temperature treatment of the precursors resulted in the formation of N, S codoped carbon-encapsulated Co9S8 nanoparticles. To create N, S co-doped carbon coated Co9S8 nanoparticle catalysts, ionic liquids are used as sulfur and nitrogen sources. The catalytic activity of ORR can be improved using N, S co-doped carbon to prevent the aggregation of Co9S8 nanoparticles. Graphitized and N, S co-doped carbon shells are optimal for achieving high activity stability. Optimal 600-ZIF-67-C(1:1.5)-30IL catalytic activity was observed for ORR. The half-wave potential of ORR was 0.88 V vs. RHE in 0.1 mol L− 1 KOH, with a limit current density of 4.70 mA cm− 2. Similar ORR electrocatalytic activity was observed between this catalyst and commercial Pt/C (20 wt%).