Multivalent ions in natural aqueous solutions—such as seawater, brackish water, and freshwater—can negatively affect the performance of ion exchange membranes (IEMs) used in electrochemical energy and environmental devices. In this study, a pore-filling cation exchange membrane (CEM) permeable to multivalent ions was fabricated to minimize performance degradation caused by such ions. To achieve this, multilayer pore-filling CEMs were prepared by performing two impregnation processes using monomer electrolyte solutions of different compositions (varying deionized water content and monomerto- crosslinker ratios). As a result, a highly crosslinked electrolyte polymer formed on the internal side of the CEM, while a low-crosslinked polymer formed on the external side. Due to the presence of the low-crosslinked outer polymer layer, the multilayer pore-filling CEM exhibited a smaller increase in resistance caused by Mg2+ ions. Furthermore, based on the correlation between permselectivity and resistance measured in a 0.45 M NaCl + 0.05 M MgCl2 solution, which simulated the Mg2+ concentration in seawater, an optimal structure of multilayer pore-filling CEM was identified, and it exhibited a minimized increase in resistance and a permselectivity of over 90 %.

Pores produced by carbonization in bulk graphite process degrade the mechanical and electrical properties of bulk graphite. Therefore, the pores of bulk graphite must be reduced and an impregnation process needs to be performed for this reason. In this study, bulk graphite is impregnated by varying the viscosity of the impregnant. The pore volume and pore size distribution, according to the viscosity of the impregnant, are analyzed using a porosimeter. The total pore volume of bulk graphite is analyzed from the cumulative amount of mercury penetrated. The volume for a specific pore size is interpreted as the amount of mercury penetrating into that pore size. This decreases the cumulative amount of mercury penetrating into the recarbonized bulk graphite after impregnation because the viscosity of the impregnant is lower. The cumulative amount of mercury penetrating into bulk graphite before impregnation and after three times of impregnation with 5.1cP are 0.144 mL/g and 0.125 mL/gm, respectively. Therefore, it is confirmed that the impregnant filled the pores of the bulk graphite well. In this study, the impregnant with 5.1 cP, which is the lowest viscosity, shows the best effect for reducing the total pore volume. In addition, it is confirmed by Raman analysis that the impregnant is filled inside the pores. It is confirmed that phenolic resin, the impregnant, exists inside the pores through micro-Raman analysis from the inside of the pore to the outside.

In order to develop a process for manufacturing a composite structure of an intermetallic compound foam and a hollow material, the firing and pore form of the Al-Ni precursor in a steel pipe are investigated. When the Al-Ni precursor is foamed in a hollow pipe, if the temperature distribution inside the precursor is uneven, the pore shape distribution becomes uneven. In free foaming, no anisotropy is observed in the foaming direction and the pore shape is isotropic. However, in the hollow pipe, the pipe expands in the pipe axis direction and fills the pipe. The interfacial adhesion between Al3Ni foam and steel pipe is excellent, and interfacial pore and reaction layer are not observed by SEM. In free foaming, the porosity is 90 %, but it decreases to about 80 % in the foam in the pipe. In the pipe foaming, most of the pore shape appears elongated in the pipe direction in the vicinity of the pipe, and this tendency is more remarkable when the inside pipe diameter is small. It can be seen that the pore size of the foam sample in the pipe is larger than that of free foam, because coarse pores remain after solidification of the foam because the shape of the foam is supported by the pipe. The vertical/horizontal length ratio expands along the pipe axis direction by foaming in the pipe, and therefore circularity is reduced.

전해질막을 사용하는 알칼라인 연료전지는 최근 들어서 시스템 구성이 비슷하고 전해질막의 종류만 다른 기존의 양이온 교환막 연료전지를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 특히, 알칼라인 연료전지에서는 비백금계 저가 촉매가 사용 가능하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 이러한 알칼라인 연료전지 시스템에 적용하기 위한 고성능, 고내 구성 음이온 교환막을 제조하기 위하여, 두 종류의 다공성 지지체인 폴리벤조옥사졸 지지체와 폴리에틸렌 지지체에 Fumion FAA 이오노머를 함침시켜, 기존의 Fumion 시리즈의 막보다 우수한 기계적 강도를 가지면서 높은 이온전도도를 유지할 수 있는 함침막을 제조하고자 하였다. 이를 통하여 최종적으로 지지체-함침막이 성공적으로 제조되었고, 이온 전도도와 기계적 특성이 지지체의 성질에 따라 서로 다른 결과를 보여 주었다. PE 지지체에 Fumion 이오노머를 함침시킨 함침막에서는 우수 한 기계적 특성이 얻어졌지만, 이온전도도는 감소하였으며 특히 높은 온도에서 성능감소가 더욱 증가하였다. 반면에 PBO 지 지체에 Fumion 이오노머를 함침 시킨 경우에는 PBO의 높은 염기성으로 인하여 함침 후에 높은 이온 전도도를 보였지만, Fumion-PE막에 비하여 상대적으로 낮은 기계적 특성을 나타내었다. 결과적으로 지지체-함침막 제조 시 알칼라인 연료전지의 운전조건에 따라 지지체의 특성을 충분히 고려하여 연구를 진행할 필요가 있다는 결론을 얻었다.

Pore filling 기술을 적용한 base 분리막은 평균기공이 5㎛정도를 갖는 대기공 MF막으로써 polyester 재질의 braid로 보강된 PVDF 중공사막을 제조하여 사용하였다. 이렇게 제조된 대기공MF막의 기공내에 기능성이 확보된 친수성 고분자를 채워 넣은 후 화학 반응으로 영구 고정시키거나 유동막으로 고정하여 다양한 기능을 가지는 막을 개발하는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 친수성 고분자중에서 대표적으로 사용되는 poly viny alcohol을 기공에 채워 넣은 후 Aldehyde로 가교시키는 방법으로 pore filling막을 제조하였다. 이렇게 얻어진 분리막은 입자 제거율은 UF정도 수준으로 되고 투과량은 기존UF 분리막에 비해 1.5배 이상 증가하는 것을 확인하였다.

Ionomers are polymeric materials containing fixed charged ions (e.g., – SO3 -) to transport their counter ions (e.g., H+, Li+, Na+ and so on) selectively and have been widely used as key components for membrane and unit cell formation targeted for renewable energy generation (e.g., polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFC), redox flow batteries, and reverse electrodialyses) and valued chemical production (e.g., water and brine electrolysis). There are advantages such as high processability, easy solvent evaporation, and chemical inertness, when the ionomers are in the dissolved or dispersed states in water-alcohol mixtures to be applied for these applications. Unfortunately, it is difficult to make homogeneous solution or dispersion using the ionomers with hydrophilic levels undissolved in water. In this study, water-alcohol nanodipsersion with perfluorinated or hydrocarbon sulfonic acid ionomers are fabricated and their feasibilities as PEMFC and electrolysis materials are evaluated.

리튬이온 이차전지는 리튬이온이 이동하면서 전기화학적 충방전사이클을 완성하는 에너지변환장치를 의미한다. 리튬이온 이차전지는 높은 에너지밀도와 낮은 자가방전률, 상대적으로 긴 수명주기 등 다양한 장점을 갖는다. 최근 전기차 수 요증가는 고용량 리튬이온 이차전지 개발을 촉진하고 있으나 음극에서의 dendrite 형성으로 인한 전기적 단락 현상과 전지 폭 발 문제와 같은 심각한 안전문제를 야기한다. 또한, 리튬이온 이차전지 구동시 상승된 온도에서 폴리올레핀계열(예 : 폴리에 틸렌과 폴리프로필렌) 격리막의 열수축 문제가 발생한다. 이와 같이 낮은 열 안정성은 리튬이온 이차전지의 성능과 수명의 감소로 이어진다. 본 연구에서는 폴리올레핀계열 함침격리막 제조를 위한 중요한 소재로서 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 랜 덤 공중합체를 사용하였으며, 제조된 격리막을 이용하여 dendrite 형성과 관련된 금속이온 흡착 능력과 리튬이온전도성, 열적 내구성이 평가되었다.

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) random copolymers have been perceived as alternatives to perfluorinated sulfonic acid ionomers used as polymer electrolyte membranes for fuel cells. SPAES copolymers are suffering from degradation under harsh fuel cell operation conditions. One solution to overcome the decomposition issue is to fill SPAES copolymers into polymeric support films (e.g., poly(tetrafluoro ethylene), PTFE) with interconnected porous structures. It is difficult to fill the SPAES copolymers dissolved in polar aprotic solvents into PTFE support films owing to their different surface energies. In this study, a SPAES nanodispersion in a water-alcohol mixture is used to make defect-free pore-filling membranes where poly(ethylene glycol) oligomers are added to induce advanced morphologies for fast proton conduction.

과불소계 술폰화 이오노머(perfluorinated sulfonic acid ionomers; PFSAs)는 뛰어난 수소이온전도성과 높은 내화학성으로 인해 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte fuel cells)용 고체전해질로 널리 사용되고 있다. 그러나 PFSA 전해질은 가습-건조조건에서 연료전지가 구동에 따라 반복적인 팽윤-수축으로 인해 전극층이 전해질로부터 탈리되어 전기화학적 수명특성이 감소되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 다공성 PTFE support film의 기공특성에 대한 이해를 바탕으 로 기공구조 내 나피온 이오노머를 함침시키는 강화막을 제조하였고, 기본특성을 평가하였다. 제조된 강화막은 매우 높은 수 소이온전도도(~0.5 S cm-1@90°C in liquid water)를 나타내었다.

Based on the pore filling theory, the microstructure evolution during liquid-phase sintering has been analyzed in terms of interrelationship between average grain size and relative density. For constant liquid volume fraction, the microsturucture trajectories reduced to a single curve in a grain size(x)-density(y) map, regardless of grain growth constant. The slope of curves in the map was inversely proportional to average pore size, while it increased fapidly with liquid volume fraction. Increase in pore volume fraction retarded the densification considerably, but showed marginal effect on the slope. The activation energy of densification was predicted to be the same as that of grain growth as long as the liquid volume fraction is constant for any temperature range studied. The present analyses on microstricture evolution may demonstrate the usefulness of pore filling theory and provide a guideline for process optimization of liquid-phase sintering.