• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.133.2-133.2
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• 2010

현재 융융탄산염 연료전지의 공기극으로 다공성의 lithiated NiO를 사용하고 있는데 이 재료의 경우 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 첫 번째는 Ni이 전해질 내로 용해하는 것이고, 두 번째는 낮은 활성으로 인한 높은 공기극의 분극이다. Ni이 전해질로 용해되는 문제는 Co나 Fe를 코팅하여 공기극 표면에 $Li_x(Ni_yCo_{1-y})1-xO_2$나 $Li_x(Ni_yFe_{1-y})_{1-x}O_2$를 형성시켜 NiO의 전해질 내로 용해되는 것을 억제하는 방법이나 ZnO, MgO, $La_2O_3$ 등의 산화물을 NiO 표면에 코팅하여 전해질과 접촉을 막는 방식으로 해결하는 등 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 연료극의 비해 상당히 높은 공기극의 분극으로 인해 큰 전압손실이 일어나 용융탄산염 연료전지 성능이 낮아지는 문제의 경우 이를 해결하고자 하는 연구는 상대적으로 많이 진행되지 못한 상태이다. 특히 현재 용융탄산염 연료전지의 장기수명화를 위해 기존의 작동온도인 $650^{\circ}C$ 보다 다소 낮은 온도인 $600{\sim}620^{\circ}C$에서 작동하려는 움직임이 있다. 작동 온도가 내려가면 전해질이 휘발되는 속도가 낮아져 전해질 부족에 따른 운전시간이 줄어드는 문제를 해결할 수 있어 장기 수명화를 위해서는 작동온도를 낮추는 것이 매우 유리하다. 하지만 작동 온도가 내려가면서 양 전극에서 일어나는 전기화학 반응 속도가 느려지기 때문에 각 전극에서의 활성화 분극으로 인한 전압손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 특히 연료극의 수소산화반응 속도는 공기극의 산소환원반응에 비해 매우 빠르기 때문에 작동 온도가 내려감에 따라 연료극의 분극이 커지는 것에 비해 공기극의 분극이 급격히 커지게 된다. 따라서 운전온도가 낮아지는 상황에서는 낮은 작동온도에서도 성능감소가 적게 일어나 0.8V 이상 운전(150mA/$cm^2$, 단위전지 기준)이 가능한 공기극의 개발이 매우 필요한 실정이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 고체 산화물 연료전지의 공기극의 재료로 많이 연구되고 있는 혼합전도성 물질의 페로브스카이트 구조의 물질을 기존 NiO 전극에 코팅하여 새로운 공기극을 개발하였다. 페로브스카이트 구조의 물질로 대표적인 LSCF 물질을 사용하였으며 LSCF를 코팅한 공기극을 이용한 단위전지에서 150mA/$cm^2$의 전류를 흘려주었을 때 0.84V의 성능을 1000hr 유지하였다. 이는 기존의 NiO 전극을 사용했을 때보다 15~20mV 높은 값이다. 낮은 작동온도에서도 좋은 성능을 보였는데, 기존의 NiO 전극의 경우 $630^{\circ}C$에서 0.79V의 성능을 보인 반면 LSCF가 코팅된 공기극의 경우 $620^{\circ}C$에서 0.811V의 매우 좋은 성능을 보였다. 이는 LSCF의 산소이온전도성 및 전기전도성이 공기극에서의 분극을 낮추어 성능을 증가시키는 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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• 2012.05a
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• pp.103-104
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• 2012

Lately, minimize of the heat loss and fuel consumption when heating so that suggested ways to reduce carbon emissions as a measures to reduce for increase of carbon emission and find a way to apply highly insulated concrete as the measures. In this study, as a comparative experiments on heat conduction of concrete with lots of porous, thermal conductivity of concrete using foamed, polystyrene beads, lightweight aggregates, air-entraining agent and concrete using crushed stone measure and thermal conductivity of concrete with lots of porous compare and evaluate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.117-117
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• 2013

염료감응태양전지의 효율을 높이기 위해서, 광전극으로 쓰이는 다공성 $TiO_2$ 후막에 플라즈마원자증착기술(PEALD)과 원자증착기술(ALD)을 이용하여 알루미나($Al_2O_3$)막을 3차원적으로 균일하고 매우 얇게 형성하였다. 이를 통해서 태양빛에 의해 여기된 염료의 전자가 알루미나를 통과(tunneling)하여 $TiO_2$ 전도대로 도입되게 함과 동시에 $TiO_2$ 전도대로 도입된 전자들이 전해질과 염료로 재결합하는 현상을 방지하였다. 결국 이러한 작용에 의해서 염료감응태양전지의 개방전압을 높이는 효과를 관측하였다. 나아가 PEALD와 ALD 두가지 방식으로 형성된 $Al_2O_3$ 껍질층의 특성 차이를 비교 관찰하고 이에 따른 염료감응태양전지의 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.17 no.5
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• pp.210-216
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• 2007

Porous nickel membrane far high precision gas filter was prepared by in-situ reduced/sintered process of NiO with an addition of polymer(PMMA; polymethyl methacrylate). It showed that the porosity of Ni membrane was approximately 52%. It is similar to metal membrane which prepared using metal fiber as raw materials. The average pore diameter and porosity of Ni membrane increased as content of added polymer and decreased as elevating reduced/sintered temperature from $800^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$. Increase of porosity at $800^{\circ}C$ was associated with surface diffusion mechanism that leads to initial sintering, while decrease of porosity at $1000^{\circ}C$ was associated with lattice diffusion and grain boundary diffusion.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.21 no.6
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• pp.526-532
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• 2010

The anode may inevitably undergo a number of reduction.oxidation (redox) cycles during solid oxide fuel cells (SOFCs) operation. The re-oxidation of Ni to NiO causes significant mechanical stress to be developed across the anode, which may destroy the integrity of the whole cell. In this study, the redox behavior of Ni-YSZ composite was examined at $800^{\circ}C$ using various characterization techniques.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.3 no.2
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• pp.230-239
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• 1992

Nickel was used as a catalyst for the hydrogen electrode in alkaline fuel cell. The optimum electrolyte concentration and recommendable operating temperature identified from polarization curves were 6N KOH and $80^{\circ}C$, respectively. Comparing the conductivity, apparent porosity and current density at porous hydrogen electrode manufactured with various PTFE additions, the proper content of PTFE was 10wt%. Chemisorption was carried out to define the appropriate surface area. The electrode produced with 10wt% of PTFE and sintered at $340^{\circ}C$ showed more than $200mA/cm^2$ of current density. The morphology of electrode surface was investigated with SEM. Cold pressing, hot pressing, rolling and calendering methods were carried out for manufacturing the electrode, and electrochemical characteristics for each method was studied.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.33 no.1
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• pp.96-102
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• 2022

Reactants of PEMFC are hydrogen and oxygen in gas phases and fuel cell overpotential could be reduced when reactants are smoothly transported. Numerous studies to modify cathode flow field design have been conducted because oxygen mass transfer in high current density region is dominant voltage loss factor. Among those cathode flow field designs, a block in flow field is used to forced supply reactant gas to porous gas diffusion layer. In this study, the block was installed on a simple fuel cell model. Using computational fluid dynamics (CFD), effects of forced convection due to blocks on a polarization curve and local current density contour were studied when different air flow rates were supplied. The high current density could be achieved even with low air supply rate due to forced convection to a gas diffusion layer and also with multiple blocks in series compared to a single block due to an increase of forced convection effect.

• 기계와재료
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• v.22 no.3
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• pp.22-29
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• 2010

자원의 고갈과 지구환경오염의 심각성을 인지하는 시각이 늘어남에 따라 산업계에서도 친환경적 기술에 대한 다양한 연구 개발이 이슈가 되고 있다. 정전기력 잉크젯 패터닝 기술 또한 그 예라 할 수 있겠는데, 이는 기존인쇄 기술의 시각적인 표현의 개념을 벗어나 패턴 자체의 기능을 부여함으로써 그 가치를 높이고, 현존하는 각종 미세 패터닝 기술의 다공정성과 환경에 미치는 영향 등의 문제점을 개선 할 수 있는 기술이라 할 수 있겠다. 정전기력 잉크젯 패터닝 기술은 이미 60~70년대부터 연구 개발 되어왔던 정전기력이 유체에 미치는 영향을 제어하여 극소량 미세 액적 토출 및 분무를 이끌어 내는 기술을 기반으로 토출되는 노즐 헤드의 직경 대비 극 미량의 기능성 잉크를 토출하고, 서브마이크론(submicron)급의 패턴 인쇄를 가능케 한다. 본 논문에서는 정전기력 잉크젯 패터닝 공정의 요소기술을 기반으로 프린팅 장비를 설계 및 제작하고, 미세 액적 토출을 위한 수마이크론의 직경을 갖는 노즐 헤드를 개발 및 프린팅 장비에 대응하여 통합 제어 프로그램을 이용한 기판상의 미세 패터닝 실험을 실시하였다. 정전기력 기반 미세 패터닝 실험의 공정 변수를 잉크의 특성, 노즐헤드의 특성, 기판의 특성, 장비의 특성으로 구분지어 공정 시스템의 성능을 검토 및 기능성 잉크의 미세 패터닝을 구현 하였다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.29 no.3
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• pp.339-345
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• 2012

Electrospun meshed poly-caprolactone PCL was patterned by femtosecond laser with linear grooves. As parametric variables, focus spot size, pulse energy, and scanning speed were varied to determine the affects on groove size and the characteristics of the electrospun fiber at the edges of these grooves. The femtosecond laser was seen to be an effective means for flexibly structuring the surface of ES PCL scaffolds and the width of the ablated grooves was well controlled by laser energy and focus spot size. The ablation threshold was measured to be $14.9J/cm^2$ which is a little higher than other polymers. These affects were attributed to optical multiple reflections inside nano-fibers. By the laser-induced plasma at higher pulse energies, some melting of fibers was observed.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.9
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• pp.931-935
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• 2012

In this study, we fabricate and investigate low-temperature solid oxide fuel cells with a ceramic substrate/porous metal/ceramic/porous metal structure. To realize low-temperature operation in solid oxide fuel cells, the membrane should be fabricated to have a thickness of the order of a few hundreds nanometers to minimize IR loss. Yttrium-doped barium zirconate (BYZ), a proton conductor, was used as the electrolyte. We deposited a 350-nm-thick Pt (anode) layer on a porous substrate by sputter deposition. We also deposited a 1-${\mu}m$-thick BYZ layer on the Pt anode using pulsed laser deposition (PLD). Finally, we deposited a 200-nm-thick Pt (cathode) layer on the BYZ electrolyte by sputter deposition. The open circuit voltage (OCV) is 0.806 V, and the maximum power density is 11.9 mW/$cm^2$ at $350^{\circ}C$. Even though a fully dense electrolyte is deposited via PLD, a cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) image reveals many voids and defects.