[보고서]항공기용 연료전지 항공기용 연료전지 금속분리판 표면처리 기술 개발

문성모

[국가R&D연구보고서] 항공기용 연료전지 항공기용 연료전지 금속분리판 표면처리 기술 개발
Development of surface treatment technology of metallic bipolar plate in Polymer electrolyte fuel cell for UAV 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국재료연구원 Korea Institute of Materials Science
연구책임자	문성모
참여연구자	김종국 , 이주영 , 권두영 , 이수연 , 팜반히엔 , 권예리 , 박태인 , 안홍주 , 강준희
보고서유형	연차보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2023-11
과제시작연도	2023
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
연구관리전문기관	한국재료연구원 Korea Institute of Materials Science
등록번호	TRKO202400000099
과제고유번호	1711196770
사업명	한국재료연구원연구운영비지원(주요사업비)
DB 구축일자	2024-06-18
키워드	고분자연료전지.분리판.티타늄.표면처리.내식성.PEFC.Bipolar plate.Titanium.Surface treatment.Corrosion resistance.

초록 ▼

본 과제는 티타늄 분리판의 내식성 및 전도성을 높이기 위한 표면처리 기술의 개발을 목표로 5차년도 과제 중 1차년도에 해당한다. 먼저 가장 앞선 기술로 평가되고 있는 고베스틸의 제품을 분석하였으며, 티타늄 시편의 내식성을 향상시키기 위한 기술로서 양극산화 피막 형성, 증류수 자연산화 피막 형성, 카본 코팅을 행하였다. 연구결과 고베스틸의 Ti 제품이 월등하게 우수한 내식성을 나타냄을 확인하였다. 또한 Ti의 전기화학적 특성은 산도와 더불어 불산이온의 농도에 크게 의존함을 알 수 있었다. 인위적으로 형성된 양극산화피막은 티타늄의 개회로 전압을 상승시키고 부식속도를 감소시켰으나 0.6 V 에서의 양극전류밀도는 저하되지 않았다. PEO피막도 0.6 V 에서의 양극전류밀도를 크게 감소시키지는 못하였으나 PEO피막 내에 암모니아수를 함침시키고 200˚에서 열처리 함으로써 양극용해 반을을 크게 감소시킬 수 있었다.

(출처 : 보고서 초록 3p)

Abstract ▼

This project is to develop surface treatment technology of Ti bipolar plate for Polymer electrolyte fuel cell for UAV. The Ti sample from Kobe steel was analyzed and compared with untreated Ti sample. The Kobe steel sample showed higher open-circuit potential and lower corrosion current density than untreated Ti sample. Electrochemical behavior of Ti specimen was investigated as functions of pH, HF concntration and temperature. Anodic oxide films were formed on Ti in various solutions for improvement of corrosion resistance. Corrosion resistance of carbon-coated Ti specimen was also carried out. Anodic current density was drastically reduced by impregnation of Na₄OH solution into pore of PEO films and heat treatment at 200 ℃. Contact resistance of Ti plate was obtained to be about 43 mohm ㎠.

(source: SUMMARY 5p)

목차 Contents

표지 ... 1
제 출 문 ... 2
보고서 초록 ... 3
요 약 문 ... 4
SUMMARY ... 5
CONTENTS ... 6
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 7
가) 연구개발의 최종목표 ... 7
나) 연구개발의 필요성 ... 7
다) 연구개발의 경제, 사회, 기술적 중요성 ... 8
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 9
가) 기술현황(동향) 분석 ... 9
제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 12
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 35
가) 기술적 측면(파급효과) ... 35
나) 경제․산업적 측면(파급효과) ... 36
제 4 장 목표달성도(사업추진 진척도) 및 관련분야에의 기여도 ... 36
제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 37
제 6 장 참고문헌 ... 38
끝페이지 ... 39

표/그림 (38)

표 Open-circuit potential transients of as-received titanium samples, produced by POSCO and KOBE STEEL, LTD., in 0.05 M H₂SO₄+ 2 ppm HF solution at 40 ℃
표 Nyquist plots of as-received titanium samples, produced by POSCO and KOBE STEEL, LTD., in 0.05 M H₂SO₄+ 2 ppm HF solution at40 ℃
표 Cyclic polarization curves of bare titanium prepared by Poscoand Kobe immersed in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF at40 ℃
표 Open-circuit potential transients of Tisample in 0.05 M H₂SO₄ + x ppm HF (x = 0, 10, 30, 50, 100) solutions at 40 ℃
표 Nyquist plots obtained from Tisample in 0.05 M H₂SO₄+ x ppm HF (x = 0, 10, 30, 50, 100) solutions at 40 ℃
표 Potentiodynamicpolarization curves of Tisample in 0.05 M H₂SO₄+ x ppm HF (x = 0, 10, 30, 50, 100) solutions at 40 ℃
표 Open-circuit potential transients of Tisample in 100 ppm NaF+ H₂SO₄(pH 1, 3, 5, 5.4) solutions at 40 ℃
표 Nyquist plots obtained from Tisample in 100 ppm NaF+ H₂SO₄(pH 1, 3, 5, 5.4) solutions at 40 ℃
표 Potentiodynamicpolarization curves of Tisample in 100 ppm NaF+ H₂SO₄(pH 1, 3, 5, 5.4) solutions at 40 ℃
표 Open-circuit potential transients of Ti sample in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution at 20 ℃, 30 ℃,40 ℃, 50 ℃, 60 ℃
표 Nyquist plots obtained from Ti sample in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution at 20 ℃, 30 ℃,40 ℃, 50 ℃, 60 ℃
표 Cyclic polarization curves of Ti sample at a scan rate of 1 mV/s in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution at 20 ℃, 30 ℃,40 ℃, 50 ℃, 60 ℃
표 Open-circuit potential transients of Ti sample in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution and 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF + 3000 ppm H₂O₂ solution at 60 ℃
표 Nyquist plots obtained from Ti sample in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution and 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF + 3000 ppm H₂O₂ solution at 60 ℃
표 Cyclic polarization curves of Ti sample at a scan rate of 1 mV/s in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution and 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF + 3000 ppm H₂O₂ solution at 60 ℃
표 Voltage-time curves of Tiat different current density of 2, 1, 0.5 A/cm²in 50 wt.% CH₄N₂O (urea) + 2.5 wt.% NH₄Cl solution
표 Digital photographs of PEN-treated Tiat different current densities of 2, 1, 0.5 A/cm²in 50 wt.% CH₄N₂O (urea) + 2.5 wt.% NH₄Cl solution
표 Voltage-time curves of Tisample at different current density of 2, 1, 0.5 A/cm²in 50 wt.% CH₄N₂O (urea) + 2.5 wt.% NH₄Cl solution
표 Photographs of PEN-treated Tisamples at different current densities of 2, 1, 0.5 A/cm²for 10 min in 50 wt.% CH₄N₂O(urea) + 2.5 wt.% NH₄Cl solution
표 Open-circuit potential transients of carbon-coated titanium samples in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution at 40 ℃
표 Nyquist plots of carbon-coated titanium samples in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution
표 Cyclic polarization curves of carbon-coated titanium samples in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution
표 Digital images of carbon-coated titanium samples after electrochemical tests in 0.05 M H₂SO₄ + 2 ppm HF solution
표 voltage-time curves of anodized carbon-coated titanium samples before heat-treatmentprepared by K company with different diluted coating concentrations and anodized in different solutions, which diluted coating concentration of 50% (a), (b) were anodized in 0.1 M sulfuric acid and diluted coating concentration of 20% (c), (d) were anodized in 0.1 M KOH + 0.1 M NaSiO₃with different voltage limit of 200 V (a), 100 V (b), (c) and 50 V (d)
표 Voltage-time curves of anodized carbon-coated titanium samples before heat-treatmentprepared by JEVISCO with 30% of carbon black concentration in coating and the samples were anodized in 0.1 M sulfuric acid with different voltage limit of 100 V (a) and 40 V (b)
표 Open-circuit potential transients of Tiin 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF solution at 40 ℃as a function of immersion time in distilled water. The specimen was etched for 30 s in 10 mL HF + 30 mL HNO₃+ 50 mL H₂O at RT and then immersed in distilled water for 0, 1, 3, 6, 12, and 24 hours
표 Nyquist plots of ofTiin 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF solution at 40 ℃as a function of immersion time in distilled water. The specimen was etched for 30 s in 10 mL HF + 30 mL HNO₃ + 50 mL H2O at RT and then immersed in distilled water for 0, 1, 3, 6, 12, and 24 hours
표 Potentiodynamicpolarization curves of bare titanium in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF solution at 40 ℃as a function of immersion time in distilled water. The specimen was etched for 30 s in 10 mL HF + 30 mL HNO₃ + 50 mL H₂O at RT and then immersed in distilled water for 0, 1, 3, 6, 12, and 24 hours
표 Plots of oxide film resistance and corrosion current density of Tias a function of pre-immersion time in distilled water. The oxide film resistance and corrosion current density was measured in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF solution at 40 ℃ after etching for 30 s in 10 mL HF + 30 mL HNO₃ + 50 mL H₂O at RT and immersion in distilled water
표 Voltage-time curves of Tiplate during anodizing in (a) 0.5 M Na₂SO₄, (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at 15 ℃ for 2 min
표 Open-circuit potential transients of anodized Tiplate in 0.05 M H₂SO₄+ 20 ppm HF 40℃ for 30 min, which is anodized in (a) 0.5 M Na₂SO₄, (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at 15 ℃ for 2 min
표 Nyquist plots of anodized Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃, which is anodized in (a) 0.5 M Na₂SO₄ , (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at 15 ℃ for 2 min
표 Potentiodynamicpolarization curves of anodized Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃. Tispecimen was previously anodized in (a) 0.5 M Na2SO4, (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at various voltages at 15 ℃ for 2 min
표 Corrosion current density and reciprocal of oxide film resistance of anodized Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃, which is anodized in (a) 0.5 M Na₂SO₄, (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at 15 ℃ for 2 min
표 Corrosion current density and reciprocal oxide film resistance of anodized Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃. Tiwas anodized in (a) 0.5 M Na₂SO₄, (b) 0.1 M Na₃PO₄solution at 15 ℃ for 2 min
표 Currenttransients of Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃ for 5 min. Tispecimens were etched, anodized or PEO-treated
표 Currenttransients of Tiplate in 0.05 M H₂SO₄ + 20 ppm HF 40℃ for 5 min. Tispecimen was PEO-treated, 25% NH₄OH impregnated in vacuum and then heat-treated for 1 h at 200 ℃
표 Contact resistancemeasurement using LCR meter

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