분류 전체보기 (33) 썸네일형 리스트형 직접메탄올 연료전지(DMFC)의 메탄올 크로스오버 억제 기술 메탄올 크로스오버 현상의 물리화학적 메커니즘직접메탄올 연료전지에서 메탄올 크로스오버는 연료인 메탄올이 양성자 교환막을 통해 음극에서 양극으로 투과되는 현상으로, 이는 DMFC의 성능을 크게 제한하는 주요 문제입니다. 크로스오버의 주된 구동력은 농도 구배에 의한 확산(diffusion)과 전기삼투(electroosmosis)이며, 이 두 메커니즘의 상대적 기여도는 운전 조건과 막의 특성에 따라 달라집니다. Fick's first law에 따르면 메탄올 플럭스는 J = -D(dC/dx)로 표현되며, 여기서 D는 막 내에서의 메탄올 확산계수, dC/dx는 농도 구배입니다. Nafion과 같은 perfluorinated 막에서 메탄올의 확산계수는 온도와 수화도(hydration level)에 크게 의존합니다. .. 고온 PEMFC용 폴리벤즈이미다졸 전해질막의 인산 도핑 최적화 폴리벤즈이미다졸의 분자구조와 인산 상호작용 메커니즘폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI)은 방향족 heterocyclic polymer로서 벤즈이미다졸 고리의 질소 원자를 통해 강산과 산-염기 상호작용을 형성할 수 있는 독특한 구조적 특성을 가지고 있습니다. PBI 분자 내의 이미다졸 질서(imidazole ring)는 두 개의 질소 원자를 포함하고 있으며, 이 중 하나는 수소와 결합된 NH기(pyrrole-type nitrogen)이고 다른 하나는 lone pair를 가진 N기(pyridine-type nitrogen)입니다. 이러한 amphoteric 특성으로 인해 PBI는 산성 환경에서 protonation되어 이온 전도성을 발현할 수 있습니다. 인산(H₃PO₄)과 PBI 사이의.. PEMFC 백금 촉매의 합금화를 통한 활성 향상 백금 촉매의 전기화학적 반응 메커니즘과 활성 제한 요인고분자 전해질 연료전지(PEMFC)에서 백금 촉매는 수소 산화반응(Hydrogen Oxidation Reaction, HOR)과 산소 환원반응(Oxygen Reduction Reaction, ORR)을 동시에 촉매하는 핵심 역할을 담당합니다. 음극에서 일어나는 HOR은 H₂ → 2H⁺ + 2e⁻의 비교적 빠른 반응이지만, 양극의 ORR은 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O로 4전자 전달을 포함하는 복잡한 반응입니다. ORR의 반응 속도가 전체 전지 성능을 제한하는 주요 요인이며, 이론적 전위(1.23V)와 실제 작동 전위(0.6-0.8V) 사이의 큰 차이인 과전압(overpotential)이 발생합니다. 백금 표면에서 ORR은 두 가지 경로를 통해.. 마이크로 슈퍼커패시터 제조를 위한 레이저 스크라이빙 공정 파라미터 레이저 스크라이빙 기술의 원리와 마이크로 슈퍼커패시터 응용레이저 스크라이빙(Laser Scribing)은 집속된 레이저 빔을 이용하여 기판 표면에 정밀한 패턴을 형성하는 직접 가공 기술로, 마이크로 슈퍼커패시터의 평면형 전극 구조 제작에 혁신적인 접근법을 제공합니다. 이 기술은 레이저 빔과 재료 간의 광열적(photothermal) 상호작용을 통해 국부적인 물질 제거나 특성 변화를 유도하며, 기존의 포토리소그래피 공정 대비 마스크리스(maskless) 공정으로 신속한 프로토타이핑과 비용 절감이 가능합니다. 마이크로 슈퍼커패시터에서 레이저 스크라이빙의 핵심은 그래핀 옥사이드(GO)나 금속 산화물 전구체를 환원시켜 전도성을 부여하면서 동시에 정밀한 패턴을 형성하는 것입니다. CO₂ 레이저(10.6 μm)나 .. 플렉시블 슈퍼커패시터용 젤 전해질의 기계적 특성 개선 젤 전해질의 구조적 특성과 변형 메커니즘젤 전해질은 고분자 매트릭스 내에 액체 전해질이 포집된 3차원 네트워크 구조로, 플렉시블 에너지 저장 장치에서 기계적 변형에 대한 내성과 이온 전도성을 동시에 제공해야 합니다. 젤의 기계적 거동은 고분자 사슬의 가교밀도(crosslinking density), 사슬간 얽힘(entanglement), 그리고 용매화된 이온들과의 상호작용에 의해 결정됩니다. 고분자 네트워크의 탄성 모듈러스는 rubber elasticity theory에 따라 E = 3ρRT/Mc로 표현되며, 여기서 ρ는 밀도, R은 기체상수, T는 온도, Mc는 가교점 사이의 평균 분자량입니다. 젤 전해질의 변형 과정은 여러 단계로 나누어집니다. 초기 소변형(ε 100%) 영역에서는 고분자 사슬의 슬.. 슈퍼커패시터 모듈의 셀 밸런싱을 위한 수동 균형 회로 최적화 슈퍼커패시터 셀 불균형의 원인과 영향 분석슈퍼커패시터 모듈에서 셀 간 전압 불균형은 제조 공정에서의 용량 편차, 내부저항 차이, 그리고 자체방전율(self-discharge rate)의 차이에서 기인합니다. 일반적으로 상용 슈퍼커패시터의 용량 tolerance는 ±20% 수준이며, 내부저항(ESR)은 ±15% 범위에서 변화합니다. 이러한 파라미터 편차는 직렬 연결된 셀들 사이에 전압 분배의 불균형을 야기하며, 시간이 지남에 따라 점진적으로 심화됩니다. 자체방전 특성의 차이는 가장 중요한 불균형 요인 중 하나입니다. 슈퍼커패시터의 자체방전은 주로 전해질의 불순물과 전극 표면의 결함에 의한 패러데이 반응에 기인하며, 이는 다음과 같은 지수적 감소 모델로 표현됩니다. V(t) = V₀ × exp(-t/RC_l.. 이온액체 전해질을 이용한 고전압 슈퍼커패시터 설계 이온액체의 분자구조와 전기화학적 안정성 창이온액체(Ionic Liquid, IL)는 실온에서 액체 상태를 유지하는 유기 염으로, 기존 유기 전해질 대비 월등히 넓은 전기화학적 안정성 창(Electrochemical Stability Window, ESW)을 제공합니다. 대표적인 이미다졸륨 기반 이온액체인 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIm][TFSI])는 4.2-4.5V의 ESW를 가지며, 이는 기존 카보네이트 전해질(~2.7V)보다 50% 이상 확장된 값입니다. 이온액체의 높은 전기화학적 안정성은 양이온과 음이온의 분자구조에 기인합니다. 이미다졸륨 양이온에서 질소 원자 주변의 방향족 고리는 전자를 안정화시켜 환원 반.. 하이브리드 슈퍼커패시터에서 배터리형 전극과 커패시터형 전극의 용량 매칭 하이브리드 시스템의 전기화학적 원리와 비대칭 구조 설계하이브리드 슈퍼커패시터(Hybrid Supercapacitor, HSC)는 배터리형 전극의 높은 에너지 밀도와 커패시터형 전극의 뛰어난 출력 특성을 결합한 비대칭 에너지 저장 시스템입니다. 이 시스템에서 한 전극은 패러데이 반응을 통한 전하 저장을, 다른 전극은 정전기적 이중층 형성을 통한 전하 저장을 담당하며, 각각의 전하 저장 메커니즘이 서로 다른 전위 의존성과 kinetics를 보입니다. 배터리형 전극에서는 산화환원 반응에 따른 전하 저장이 일어나며, 이는 Nernst 방정식을 따르는 logarithmic한 전위-용량 관계를 보입니다: E = E° + (RT/nF)ln(Cox/Cred). 여기서 전극 전위는 산화체와 환원체의 농도비에 의해 결정되.. 이전 1 2 3 4 5 다음
