• Title/Summary/Keyword: 고체연료전지

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A Study on Thermal Management of Stack Supply Gas of Solid Oxide Fuel Cell System for Ship Applications (선박 전원용 고체산화물형 연료전지(SOFC) 시스템의 스택 공급 가스의 열관리 문제에 관한 연구)

  • Park, Sang-Kyun;Kim, Mann-Eung
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • v.35 no.6
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    • pp.765-772
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    • 2011
  • In this research, the fuel cell system model capable of generating codes in real time was developed to construct of a HIL (Hardware-In-the-Loop) for a SOFC-powered ship. Moreover, the effects of the distribution of the exhaust gas flow rates in a stack, the flow rates of fuels and temperature of air supplied on the temperature characteristics of fuels supplied to the cathode and the anode, the output power of the stack and system efficiency are examined to minimize the temperature difference between fuels supplied to the stack used in a 500kW SOFC system using methane as a fuel. As a result, the temperatures of fuels supplied to the cathode and the anode maintain at 830K when the opening factor of three-way valve located at outlet of turbine is 0.839. Also the process for optimization of methane flow rate considering the fuel cell stack and system efficiency is required to increase the temperatures of fuels supplied to the stack.

Optimization of micro structure of solid oxide fuel cell electrode (고체산화물 연료전지 변수 조사 및 전극미세구조 최적화)

  • Jo, Dong Hyun;Chun, Jeong Hwan;Park, Ki Tae;Hwang, Ji Won;Kim, Sung Hyun
    • 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.

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Development of HIL simulator for performance validation of stack inlet gases temperature controller of marine solid oxide fuel cell system (선박용 고체산화물형 연료전지 시스템의 스택 공급 가스 온도 제어기 성능 검증을 위한 HIL 시뮬레이터 개발)

  • Ahn, Jong-Woo;Park, Sang-Kyun
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • v.37 no.6
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    • pp.582-588
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    • 2013
  • Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) has been focused as a promising power source, which can replace a diesel engine regarding as major source of air pollution by the ship, due to high efficiency and eco-friendly. High operating temperature of SOFC is enable to secure of high efficiency, use various fuels and no need of high priced catalyst, but it may damage to components of SOFC. Therefore temperature control system has to be designed and validated before employing the fuel cell system for securing high efficiency and reliability. In this paper, instead of using typical method to validate performance of the controller, which consumes high cost and time, performance validation system using Hardware-in-the-loop simulation was developed and validated performence of the designed temperature controller for SOFC system.

고체산화물 연료전지 기술의 현황과 전망

  • Bae, Jung-Myeon
    • 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.

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Characteristic of LCO-system interconnect added sintering aid for SOFC (고체산화물 연료전지용 LCO계 연결재에 소결 조제 첨가에 따른 특성)

  • Seol, Kwanghee;Ji, Mijung;Ahn, Yongtea;Kwon, Yongjin;Choi, Byunghyun
    • 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.

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Performance Simulation of Planar Solid Oxide Fuel Cells Characteristics: Computational Fluid Dynamics (전산 유체 모델링을 이용한 평판형 고체산화물 연료전지 작동특성 전산모사)

  • Woo Hyo Sang;Chung Yong-Chae
    • 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.

A Study on Performance of Solid Oxide Fuel Cell Stack for Ship Applications (선박 전원용 고체산화물형 연료전지(SOFC) 스택 성능에 관한 연구)

  • Park, Sang-Kyun;Kim, Young-Jin;Roh, Gill-Tae;Kim, Mann-Eung
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • v.35 no.4
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    • pp.406-413
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    • 2011
  • Recently the fuel cell has been spotlighted as a technology to reduce greenhouse gases emission from a ship. In this research, internal reforming 500kW solid oxide fuel cell stacks fueled by methane for a ship were developed. Characteristics of power and efficiency depending on the number of cells in the stack, hydrogen conversion ratio, and active area of the cell are evaluated. Also the effects of air and methane supplying conditions on performance are analyzed. As a result, as the number of cells, hydrogen conversion ratio, active area of the cell, or supplied air flow rate increase, the stack power and efficiency increase. When the methane flow rate increases, the power increases. However the efficiency decreases. In addition, the case at the current of 976.4 A, voltage of 529.1 V, with corresponding power of 516.6 kW shows that the efficiency of fuel cell stack is 42.91%.

A Study on Performance of Solid Oxide Fuel Cell System for Ship Applications (선박 전원용 고체산화물형 연료전지(SOFC) 시스템 성능에 관한 연구)

  • Park, Sang-Kyun;Roh, Gill-Tae;Kim, Mann-Eung
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • v.35 no.5
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    • pp.582-589
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    • 2011
  • The fuel cell technology has been considered as a technology to reduce greenhouse gases emission from a ship. In this research, internal reforming 500kW solid oxide fuel cell system fueled by methane for a ship were developed. Characteristics of gas temperature, stack power and system efficiency depending on the air flow rate, $CH_4$ flow rate, $H_2O$ flow rate, and system operation pressure are evaluated. As a result, air and $CH_4$ flow rate directly affect the temperature of inlet and outlet gas in the fuel cell stack. When the air and $H_2O$ flow rate increase, the stack power and system efficiency increases. However, the case of $CH_4$ flow rate increase, the efficiency decreases.