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문제 정의
- 본 연구에서는 알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위해 시판중인 음이온교환막의 막 특성평가 연구를 진행하였다. 막 특성 평가는 막 저항과 이온교환용량을 측정함으로서 진행하였다.
제안 방법
- 3) 내구성 평가를 위하여 20wt% KOH와 30wt% NaOH 수용액에 막을 침적시키고, 침적시간의 경과에 따른 막의 저항을 측정하였다.
- 내구성은 20wt% KOH 수용액과 30wt% NaOH 수용액에 막을 침적시킨 후, 침적시간 경과와 함께 막 특성(막 저항, 이온교환용량)을 측정함으로서 진행하였다.
- 막 특성은 1M KOH와 NaOH 수용액에서의 막 저항과 이온교환용량을 측정하였다. 또한 막의 내구성 평가를 위하여 20wt% KOH와 30wt% NaOH 수용액에 막을 침적시켜, 침적시간에 따른 막의 저항변화를 측정하였다.
- 막 저항을 측정하기 위해 막 저항 측정 셀을 이용하였다. 막 저항 측정용 전해액으로는 1M(mol/L)의 KOH와 NaOH 수용액을 사용하였다3).
- 본 연구에서는 알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위해 시판중인 음이온교환막의 막 특성평가 연구를 진행하였다. 막 특성 평가는 막 저항과 이온교환용량을 측정함으로서 진행하였다. 또한 막의 내구성 평가를 진행하여 장 수명의 막을 선정하였다.
- 알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위하여 시판의 음이온교환막의 막 특성을 평가하였다. 막 특성은 1M KOH와 NaOH 수용액에서의 막 저항과 이온교환용량을 측정하였다. 또한 막의 내구성 평가를 위하여 20wt% KOH와 30wt% NaOH 수용액에 막을 침적시켜, 침적시간에 따른 막의 저항변화를 측정하였다.
- 시판중인 5종류의 음이온교환막의 막 특성을 측정하여, 알칼리 수전해용 격막으로서 사용가능성에 대해 평가하였다.
- 알칼리 수전해용 격막으로 사용하기 위하여 시판의 음이온교환막의 막 특성을 평가하였다. 막 특성은 1M KOH와 NaOH 수용액에서의 막 저항과 이온교환용량을 측정하였다.
대상 데이터
- 막 특성 평가는 막 저항과 이온교환용량을 측정함으로서 진행하였다. 또한 막의 내구성 평가를 진행하여 장 수명의 막을 선정하였다.
- 막 저항을 측정하기 위해 막 저항 측정 셀을 이용하였다. 막 저항 측정용 전해액으로는 1M(mol/L)의 KOH와 NaOH 수용액을 사용하였다3).
성능/효과
- 1) 1M KOH 수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>AHA>AFN>APS의 순으로 저항 값이 작았으며, 1M NaOH 수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>AHA>APS>AFN의 순으로 저항 값이 작았다.
- 1M KOH 수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>AHA>AFN>APS의 순으로 저항 값이 작았으며, 1M NaOH 수용액에서의 막 저항은 AHT>IOMAC>AHA>APS>AFN의 순으로 저항 값이 작았다.
- 2) 측정한 이온교환용량은 AFN > APS > AHT > AHA > IOMAC 순으로 그 값이 작아졌다.
- 20wt% KOH 수용액에서의 침적시간에 따른 1M KOH 수용액의 막 저항의 변화는, IOMAC막의 경우 감소하는 경향을 보이고, AHT막의 경우 감소 후 증가하는 경향을, APS와 AFN막의 경우 증가하는 경향을 보이고 있으며, AHA막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고 있다.
- 20wt% KOH 수용액에서의 침적시간에 따른 1M NaOH 수용액의 막 저항의 변화는, IOMAC막의 경우 감소하는 경향을 보이고, AHT막의 경우 서서히 증가하는 경향을, APS와 AFN막의 경우 증가하는 경향을 보이고 있으며, AHA막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고 있다.
- 30wt% KOH 수용액에서의 침적시간에 따른 1M KOH 수용액의 막 저항의 변화는, IOMAC막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고, AHT막의 경우 서서히 감소하는 경향을, APS막의 경우 어떤 시간까지 증가한 후 일정한 경향을 보이고 있지만 초기 값보다 높으며, AHA와 AFN막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고 있다.
- 30wt% KOH 수용액에서의 침적시간에 따른 1M NaOH 수용액의 막 저항의 변화는, IOMAC막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고, AHT막의 경우 증가한 후 감소하는 경향을, APS막의 경우 어떤 시간까지 증가한 후 다소 감소하는 경향을 보이고 있지만 초기 값보다 높으며, AHA와 AFN막의 경우 큰 변화 없이 거의 일정한 경향을 보이고 있다.
- 4) 20wt% KOH 수용액에서의 내구성은 1M KOH와 NaOH 용액에서의 막 저항이 약 1.5Ω･cm2로 1,680시간의 침적시간에도 거의 변함이 없는 AHA막이 제일 좋다는 것을 알 수 있었다.
- 5) 30wt% KOH 수용액에서의 내구성은 1M KOH와 NaOH 용액에서의 막 저항이 약 0.5Ω･cm2인 AFN막, 약 1.5Ω･cm2인 AHA막이 1,680시간의 침적시간에도 거의 변함이 없이 안정된 값을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
- 6) 실험 결과로부터, AHA막의 경우, 낮은 막 저항 값과 높은 내구성과 함께 전해액으로 KOH 또는 NaOH 수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 사용이 가능하고, AFN막의 경우, 낮은 막 저항 값과 높은 내구성과 함께 전해액으로 NaOH수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 사용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- Fig. 2가 나타낸 바와 같이, 20wt% KOH 수용액에서의 내구성은 1M KOH와 NaOH 용액에서의 막 저항이 약 1.5Ω･cm2로 1,680시간의 침적시간에도 거의 변함이 없는 AHA막이 제일 좋다는 것을 알 수 있었다.
- Fig. 3이 나타낸 바와 같이, 30wt% KOH 수용액에서의 내구성은 1M KOH와 NaOH 용액에서의 막 저항이 약 0.5Ω･cm2인 AFN막, 약 1.5Ω･cm2인 AHA막이 1,680시간의 침적시간에도 거의 변함이 없이 안정된 값을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
- 위의 결과로부터, 전해액으로 KOH수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 그 내구성과 함께 AHA막이 가장 적절하다고 판단된다.
- 위의 결과로부터, 전해액으로 NaOH수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 그 내구성과 함께 AFN막과 AHA막이 가장 적절하다고 판단된다.
- 이상의 결과로부터, AHA막의 경우, 낮은 막 저항 값과 높은 내구성과 함께 전해액으로 KOH 또는 NaOH 수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 사용이 가능하고, AFN막의 경우, 낮은 막 저항 값과 높은 내구성과 함께 전해액으로 NaOH수용액을 사용하는 알칼리 수전해용 격막으로 사용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 수소에너지는 수소의 제조, 저장, 이용기술에 관한 연구가 같이 진행되어야, 전 세계적으로 진행되고 있는 수소에너지 경제 사회로의 진입이 가능할 것이다.
- 앞으로 고온에서 막의 내구성 평가와 위에서 선정된 막을 활용한 전해 셀의 성능평가 연구가 필요하다고 판단된다.
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