• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.7 no.2
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• pp.69-79
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• 2004

To correctly simulate performance characteristics of fuel cells with a modeling method, various physical and chemical phenomena must be considered in fuel cells. In this study, performance characteristics of planar solid oxide fuel cells were simulated by a commercial CFD code, CFD-ACE+. Through simultaneous considerations for mass transfer, heat transfer and charge movement according to electrochemical reactions in the 3-dimensional planar SOFC unit stack, we could successfully predict performance characteristics of solid oxide fuel cells under operation for structural and progress variables. In other words, we solved mass fraction distribution of reactants and products for diffusion and movement, and investigated qualitative and quantitative analysis for performance characteristics in the SOFC unit stack through internal temperature distribution and polarization curve for electrical characteristics. Through this study, we could effectively predict performance characteristics with variables in the unit stack of planar SOFCs and present systematic approach for SOFCs under operation by computer simulation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.455-458
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• 2006

최근 들어 고체산화물 연료전지(SOFC) 기술이 급성장함에 따라 고온 수증기 전기분해(HTE) 기술이 물로부터 수소를 대량으로 제조할 수 있는 환경 친화적인 기술로 주목 받고 있다 고온 수증기 전기분해는 기존의 액상 전기분해보다 총 에너지 요구량이 작고 전기분해에 필요한 최소의 전기에너지가 온도가 증가할수록 감소하며 고온 수증기 전기분해에 요구되는 에너지의 일부를 전기에너지 대신 열의 형태로 공급이 가능하여 보다 높은 효율을 기대할 수 있다. 따라서 off peak시 기저부하전력을 이용하고, 공정의 열원으로 고온가스의 폐열, 천연가스의 부분산화 반응열 또는 고온 가스원자로의 폐열을 활용하면 SOFC 이용 고온 수증기 전기분해 공정은 수소경제사회에서 요구되는 수소를 대량으로 제조할 수 있는 경제적인 공정이 될 것이다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.10 no.5
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• pp.487-491
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• 1997

• Journal of the KSME
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• v.49 no.11
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• pp.57-60
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• 2009

이 글에서는 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)의 주요 구성요소인 셀, 스택 및 시스템에 대한 세계적인 기술수준 및 기술 개발 주요 이슈에 관하여 논의한다. 더불어 국내의 기술 수준에 대한 고찰을 통해 향후 국내 SOFC 관련 기술개발 전략을 수립하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2010

고체산화물연료전지는 청정에너지원으로써 기존의 발전방식을 대신할 차세대 에너지원으로 각광 받고 있다. 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하는 특성상 실험을 통하여 전극미세구조 및 구동조건을 최적화하는 것은 매우 어렵다. 본 연구는 전기화학식을 이용한 전산모사를 통해서 고체산화물 연료전지의 구동조건에 따른 성능 평가 및 전극의 미세구조 최적화 과정을 수행하였다. 전극 내 전달현상을 무시하고 오직 전기화학반응만을 고려한 전산모사는 단전지의 전극미세구조 및 구동조건에 따른 전지성능을 빠르게 예측할 수 있으며, 이를 기반으로 다양한 조건에서 얻은 전지 성능 데이터를 통해 전극미세구조를 최적화하였다. 개회로전압, 활성화분극, 저항분극, 물질수송손실을 표현하기 위하여 Nernst 식, Butler-Voler 식, 옴의 법칙, dusty-gas 모델을 각각 사용하였으며, 전극미세구조 및 구동조건의 변화는 물질확산계수 및 교환전류밀도를 통하여 그 영향이 전지성능에 반영된다. 온도, 압력, 주입 연료의 조성에 대한 성능평가가 수행되었으며, 1023K, 1 bar의 조건하에서 최적의 단전지 성능을 위한 기공도와 기공크기를 조사하였다. 더 향상된 단전지 성능 확보를 위해서 실험에서 쓰이는 기능층(functional layer)과 유사하게 넓은 반응 면적과 원활한 반응물 및 생성물의 이동을 보장하도록 기공도 및 기공크기를 그레이딩한 전극구조(graded-electrode)를 디자인하고 성능을 평가하였다. 그 결과 기존의 전지구조 대신에 그레이딩된 전극을 사용할 경우 50%이상 향상된 전지성능을 예측할 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.76-76
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• 2003

제 3세대로 불리우는 차세대 발전시스템인 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 연료전지 가운데 발전효율이 가장 높고, NOx와 SOx의 발생이 없는 무공해 청정에너지 발전 시스템으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이중 원통형 구조는 전력밀도가 평판형 구조에 비해 다소 떨어지나 반응기체의 밀봉이 쉽고, 기계적 강도가 높으며, 열응력에 대한 저항성이 높아 스텍제작이 비교적 용이하며 장기 운전이 가능하다는 장점이 있으며, 평판형 구조의 경우는 전류의 흐름이 구성요소의 면에 수직방향으로 흐르므로 전력밀도가 높은 장점이 있으나 가스의 밀봉이 어렵고, 기계적 강도나 열응력에 대한 저항성이 높은 단점을 갖고 있다. 본 연구에서는 원통형 구조와 평판형 구조의 상호 장점을 보완하여 기존의 원통형의 구조를 최적화하여 개선한 연료극 지지체식 Flat-Tube형 고체산화물 연료전지의 제조와 특성에 대한 연구를 발표하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.83.1-83.1
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• 2011

고체산화물 연료전지는 전해질의 양쪽에 cathode층과 anode층으로 구성되어 있다. 이러한 셀을 제작하기 위한 구성소재 코팅법으로는 EVD, CVD, sputter등의 기상공정과 screen printing, tape casting, dip coating등의 습식공정이 있다. 이중 현재 가장 널리 사용되고 있는 screen printing법은 코팅기판의 크기와 형태에 제한을 받아 원통형, 평관형에는 적용이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 electrolyte 지지체 위에 전사법을 통해 연료극(NiO-YSZ), 공기극(LSCF-GDC) 코팅층의 두께 및 형상을 제어할 수 있었으며 button cell을 제작하여 실제 SOFC에 적용이 가능함을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.85.2-85.2
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• 2011

현재 중온의 고체산화물 연료전지를 위해 다양한 전해질에 대한 연구되었으며 1994년 Ishihara et al.에서 1074K의 온도에서 높은 이온전도도를 갖는 페록스카이 구조를 갖는 LSGM 물질을 발표하였다. Sr과 Mg을 도핑한 Lanthanum gallate는 이온전도도가 1073K에서 0.14S/cm로 YSZ의 5배로 높은 이온전도도를 갖고 있으며 산화환경에서부터 환원환경에서 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있다. 또한 LSGM 전해질은 넓은 산소 농도범위에서 안정적인 특성을 갖는 장점을 갖고 있다. 그러나 LSGM은 가장 널리 사용되는 연료극의 Ni 촉매와 고온 소결시 상호확산현상에 의한 2차상을 생성시켜 성능 저감의 원인으로 그 해결방안이 요원한 실정이다. 이에 본 논문에서는 LSGM 전해질에 LSGM scaffold를 형성하고 형성된 scaffold에 연료극 촉매 solution을 infiltration 시켜 저온에서 anode를 형성하여 그 성능을 연구하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.91.2-91.2
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• 2011

고체산화물 연료전지의 연결재의 필요한 물성으로는 공기극과 연료극을 차폐시켜줄 수 있는 고밀도와 구성 소재간의 전기적으로 연결될 수 있는 전기전도도 및 낮은 이온전도도. 산화극과 환원극에서 화학적 안정성과 타 구성 소재와의 열팽창 계수가 일치 등이 중요한 특성으로 필요하게 된다. 이를 위해 LaCrO3계 연결재가 주로 사용되어 왔다. 그러나 LCO계 연결제는 $1400^{\circ}C$ 이상의 높은 소결 온도와 이로 인한 Cr의 휘발로 인한 타 구성소재와의 반응 등으로 인해 저온소결의 필요성이 재기되고 있는 소재 이다. 본 연구에서는 LCO계 구성 소제에 소결 조제를 첨가하여 저온에서 결정성 및 소결거동, 전기적 특성을 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.143-146
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• 2009

The metal-supported SOFC has beed developed as a new concept of SOFC which has higher mechanical strength. However, the mass transfer rate in this type of SOFC may be decreased due to the contact layer and the support layer and that can cause the low performance. Therefore, numerical analysis of the heat and mass transfer characteristics in a metal-supported solid oxide fuel cell(SOFC) is studied in this paper. Governing equations and electrochemical equations are calculated simultaneously. And the numerical results are compared with the experimental results for the code validation. The current density, temperature, and pressure drop are suggested as numerical results.