• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.6
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• pp.786-789
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• 2011

In order to estimate the possibility of applying electrolytes generally used in solid oxide fuel cells(SOFCs) to direct carbon fuel cells(DCFCs), properties of YSZ(yttria stabilized zirconia) electrolyte were evaluated. In this study, vacuum slurry coating method was adapted to coat thin layer on anode support substrate. After sintering the electrolyte at $1400^{\circ}C$ for 5hrs, microstructure was analyzed by using SEM image. Also, gas permeability and ionic conductivity were measured to find out the potential possibility of electrolyte for DCFCs. The YSZ electrolyte represented dense coating layer and low gas permeability value. The ionic conductivity of YSZ electrolyte was high over $800^{\circ}C$. After measurement of the electrolyte properties, direct carbon fuel cell was fabricated and its performance was measured at $800^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.39 no.4
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• pp.359-366
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• 2002

The purpose of this study is to investigate the properties of LSGM electrolyte and LSM cathode. The unit cell based on the optimum conditions and processing for high performance was fabricated and measured. The single phase of $LaGaO_3$ was obtained on sintering at $1500^{\circ}$ for 6h with composition of $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}와 (La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ and $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$. The grain size of the sintered body was about $10∼30{\mu}m$ and electrical conductivity was 0.13 S/cm measured at $800^{\circ}$. The single phase of $LaMnO_3$ structure in $(La1-xSrx)MnO_3$ system was obtained at x=0∼0.2 and the particle size of the synthesized powder was about 40 nm. The unit cell was prepared by firing at $1200^{\circ}$ for 1h with $(La_{0.9}Sr_{0.1})MnO_3$ cathode and 0.9NiO-0.1YSZ anode screen-printed on surfaces of $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ electrolyte. The grain size of the electrode was close to $1{\mu}m$ and the electrode had porous structure. The maximum power density of unit cell showed $0.3W/cm^2$ at $800^{\circ}$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.137.1-137.1
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• 2010

SOFC cell 하나의 전위차는 약1.1V이기 때문에 발전용으로 사용하기 위해서는 수많은 단전지를 직렬로 연결하는 구조가 필요하다. 이러한 stack의 디자인에서 발생하는 문제를 획기적으로 개선한 형태가 하나의 지지체에 셀을 직렬로 연결함으로 전극의 선폭 및 단위 셀 간의 간격이 기존 평판형, 원통형에 비해 대폭 축소되어 전극 및 연결재의 저항손실을 최소화할 수 있는 Segmented형 SOFC이다. Segmented SOFC에 적용하기 위한 세라믹 다공성 지지체는 연료와 공기에서의 화학적 안정성, 셀의 구성소재와 반응이 없으며 열팽창계수가 유사해야하는 특성을 가져야하는데 그 중에서도 지지체로써 적절한 기계적 강도와 높은 가스투과도가 요구되어진다. 본 연구에서는 고온에서 안정한 Spinel의 MgAl2O4를 주성분으로 하는 다공성 지지체를 압출 성형하여 평관형으로 제조하였으며 활성탄을 기공형성제로 사용하여 연료의 공급이 원활하도록 약 30%의 기공율을 가지는 다공성 세라믹 지지체를 제조하였다. 제조된 세라믹 지지체에 연료극(NiO/YSZ), 전해질(TZ8Y), 공기극(LSM)을 코팅하여 실제 SOFC에 적용이 가능함을 확인하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.42 no.7 s.278
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• pp.509-515
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• 2005

Interfacial reactions at LSGM electrolyte and NiO-GDC anode interfaces were thoroughly investigated with Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM-PHlLIPS XL-30) and Energy Dispersive X-ray (EDX-Link XL30). According to the analysis, serious reaction zone was observed at LSGM/NiO-GDC interface. It was found that the reaction layer was originated from the chemical reaction between NiO and LSGM. The reaction products were identified as La deficient form of LSGM based perovskite and Ni-La-O compounds such as LaSrGa$_{3}$O$_{7}$ and LaNiO$_{3}$ from the X-Ray Diffraction (XRD, Philips) analysis. According to the electrical characterization, interfacial layer was very electrically resistive which would be the cause of high internal resistance and low power generating characteristic of the unit cell.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.162-162
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• 2008

세리아는 고체 산화물 연료전지(SOFC, solid oxide fuel cell)의 전해질 재료와CMP( chemical mechanical polishing) 슬러리 재료, 자동차의 3원 촉매, gas sensor, UV absorbent등 여러 분야에서 사용되고 있다. 본 연구에서는 세리아의 입자의 크기와 형상을 조절하여 성능 및 물성을 향상시켜 보다 넓은 분야의 활용을 하고자 실험을 실시하였다. 세리아 합성에 사용되는 전구체인 cerium carbonate의 특성이 세리아 분말의 물리화학적 특성에 직접적인 영향을 주기 때문에 전구체의 합성 단계에서 형상과 크기를 조절하고자 하였다. 세륨염으로 cerium nitrate hexahydrate, 균일침전반응을 할 수 있는 urea를 침전제로 사용하였다. 반응 용매의 유전상수를 조절하고 반응의 과포화도 변화를 이용하기 위하여 에탄올을 첨가하여 입자의 크기 및 형상을 조절, cubic형태의 $Ce_2O(CO_3)_2{\cdot}H_2O$ 결정상을 가지는 세리아 전구체를 합성하였다. 이렇게 생성된 전구체를 $1000^{\circ}C$에서 2시간동안 하소하여 세리아를 합성하고 반응시간, 농도, 에탄올의 함량 변화에 대해 XRD, FE-SEM, particle size analyzer, micropore physisorption analyzer 분석을 통하여 입자의 결정상과 형상, 입도 분포 및 기공분포 등을 반응인자의 변화에 따라 비교 및 해석하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.1
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• pp.45-51
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• 2001

고체산화물 연료전지의 삼상 계면의 길이를 증가시키기 위해 Glycine-Nitrate Process(GNP)를 이용하여 환원극 재료인 L $a_{0.5}$S $r_{0.5}$Mn $O_3$(LSM)과 전해질 재료인 C $e_{0.8}$G $d_{0.2}$ $O_{1.9}$(CGO)를 합성하였다. 적당한 합성조건을 찾기 위하여 글리신의 양을 달리하여 분말을 합성한 결과 LSM의 경우 글리신이 양이온 몰수의 2배일 때 perovskite상이 얻어졌으며 비표면적은 34$m^2$/g 이었다. 합성된 LSM과 CGO 분말을 50:50 wt%로 혼합하여 제작된 환원극을 screen-printing법으로 코팅한 후 각각 1200, 1300, 1350 및 140$0^{\circ}C$에서 4시간 동안 소결한 후 80$0^{\circ}C$에서 power density와 양극과전압 등을 측정한 결과 130$0^{\circ}C$에서 소결한 단위전지에서 최대 309 mW/$ extrm{cm}^2$의 power density를 얻을 수 있었다.다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.25 no.6
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• pp.426-430
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• 2012

The properties of green sheet were investigated in order to understanding an effects of organic solvent mixture ratio for solid oxide fuel cells fabrication. The purpose of this work is to optimize the slurry condition using the design of experiment to improve green sheet properties. The elongation increased with increasing amount of binder and solvent. With increasing amount of solvent, the air permeability increased but the tensile strength decreased. The best properties of the green sheet appeared amount of the binder 17 wt%, solvent 35 wt% and powder 48 wt%. The optimum condition of green and sintered density for solid oxide fuel cells fabrication was obtained in the sample pressured at 800 $kgf/cm^2$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.84.2-84.2
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• 2011

In this research, two thin film deposition techniques, Atomic Layer Deposition and Sputtering are carried out for the fabrication of Yittria Stabilized Zirconia electrolyte for thin film Solid Oxide Fuel Cell. Zirconium to Yittrium ratio for both cases is about 1/8. Scanning Electron Microscope(SEM) image shows that the growth rate per hour for Atomic Layer Deposition is faster than for sputtering. X-ray Photo-electron Spectroscopy(XPS) shows that the peaks of both Zirconia and Yittria shift towards higher bending energy for the case of Atomic Layer deposition and thus are more strongly attached to the substrate. Later, Nyquist plot was used to compare the conductivity of Yittria Stabilized Electrolyte for both cases. The conductivity at $300^{\circ}C$ for Atomic Layer Deposited Yittria Stabilized Zirconia is found to be $5{\times}10^{-4}S/cm$ while that for sputtered Yittria Stabilized Zirconia is $2{\times}10^{-5}S/cm$ at the same temperature. The reason for better performance for Atomic Layered YSZ is believed to be the Nano-structured layer fabrication that aids in along the plane conduction as compared to the columnarly structured Sputtered YSZ.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.96.2-96.2
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• 2012

고체산화물연료전지(SOFC) cell은 cathode, electrolyte 및 cathode층으로 구성되어져 있는데, 이 cell의 적층은 EVD, CVD, sputtering등의 기상공정과 screen printing, tape casting, dip coating등의 습식 공정으로 제조한다. 적층 공정의 경우 supports의 크기와 형태에 따라 적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 적층공정의 문제점을 해결코자 전사지를 제조하여 평관형 anode supports 위에 적층하여 cell을 제조하였다. 전사지를 이용한 적층방법은 매우 간단하고 두께와 형상제어가 쉽게 가능하였다. 본 연구를 상세히 언급하면 평관형 anode 지지체를 압출법을 통해 제작하였고, 반소된 지지체 위에 anode function layer와 electrolyte(YSZ)층을 형성한 후 $1400^{\circ}C$ 동시 소결하여 치밀한 전해질 층을 형성하였다. 그 후 cthode층을 형성한 후, $1200^{\circ}C$에서 2시간 소결하여 porous한 전극층을 형성하여 cell을 제작하였다. 그 후 Anode supporter위에 전사지를 이용하여 적층한 경우 cell 소결정도를 SEM으로 관찰하였고, 전기화학특성으로는 출력과 분극저항을 측정하였다. 이를 통해 새로운 구성소재 증착방법 즉 전사지를 이용하는 방법을 개발하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.51 no.4
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• pp.289-294
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• 2014

The stability of a solid oxide fuel cell (SOFC) stack is strongly dependent on the magnitude and profile of the internal chemical potential of the solid electrolyte. If the internal partial pressure is too high, the electrolyte can be delaminated from the electrodes. The formation of high internal pressure is attributed to a negative cell voltage, and this phenomenon can occur in a bad cell (with higher resistance) in a stack. This fact implies that the internal chemical potential plays an important role in determining the lifetime of a stack. In the present work, we fabricate planar type anode-supported cells ($25cm^2$) with a bi-layer electrolyte (with locally increased electronic conduction at the anode side) to prevent high internal pressure, and we test the fabricated cells under a negative voltage condition. The results indicate that the addition of electronic conduction in the electrolyte can effectively depress internal pressure and improve the cell stability.