Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.2
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pp.157-163
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2010
Solid oxide fuel cells (SOFCs) are commonly composed of ceramic compartments, and it is known that the physical properties of the ceramic materials can be changed according to the operating temperature. Thus, the physical properties of the ceramic materials have to be properly predicted to develop a highly reliable simulation model. In this study, several physical properties that can affect the performance of SOFCs were selected, and simulation models for those physical properties were developed using our own code. The Gibbs free energy for the open circuit voltage, exchange current densities for the activation polarization, and electrical conductivity for the electrolyte were calculated. In addition, the diffusion coefficient-including the binary and Knudsen diffusion mechanisms-was calculated for mass transport analysis at the porous electrode. The physical property and electrochemical reaction models were then simulated simultaneously. The numerical results were compared with the experimental results and previous works studied by Chan et al. for code validation.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2015.08a
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pp.97-97
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2015
전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.
Nanoporous materials with nanometer-sized pores, are of great interest in the various applications such as selective adsorbents, heterogeneous catalysts and catalyst supports because of their high porosity, surface area, and size selective adsorption properties. This study is aimed to prepare nanoporous catalytic materials on the basis of two-dimersional clay by pillaring of $SiO_2$ sol particles. $SiO_2$ Pillared Montmorillonite (Si-PILM) was prepared by ion exchanging the interlayer $Ni^{2+}$ ions of clay with $SiO_2$ nano-sized particles of which the surface was modified with nicked polyhydroxy cations sach as $Ni_4(OH)_4^{4+}$. Nano-sized $SiO_2$ particles were formed by the controlled hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS). Upon pillaring of $Ni^+$-modified $SiO_2$ nano particles between the clay layers, the basal spacing was expanded largely to $45{\AA}$ and the extremely large specific surface area ($S_{BET}$) of $760m^2/g$ was obtained.
This study focused on examining the possibility of recycling mine solid waste as environmental materials, especially for porous media. Basic properties including mineralogical compositions, chemical compositions, and particle size distribution of the tailings from the Sangdong W mine were checked. The mineralogical and chemical compositions of the tailings samples were not much different in depth. According to Korean Standard Leaching Test for Wastes(KSLT), concentrations of heavy metals leached from the tailings were below the standard values. As a result of particle size analysis, the median diameter (d$_{50}$) of the tailings was in the range of 10 to 30 ${\mu}{\textrm}{m}$. The stable tailings slurry made up of 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ in d$_{50}$ was prepared using Attrition Mill. The milling condition was 40 vol% in slurry concentration, 700 rpm in stirring speed, and 1 hour in milling time. PEI was added as dispersing agent. Concentrated slurry was extended to 3 times by foaming method. In the case of 3 times foamed slurry, the total and open porosity of ceramic supports sintered at 1,075$^{\circ}C$ for 90 minutes was about 80% and 72%, respectively. Pore size was in the range of 30∼350${\mu}{\textrm}{m}$. Therefore, the tailings could be recycled starting material for environmental materials such as macroporous ceramic support.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.21
no.2
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pp.70-74
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2011
[ $(Ca,Mg)_{0.15}Zr_{0.7}O_{1.7}$ ]ceramics was investigated for the application to SOFC ceramic supporter with high porosity and mechanical strength. $ZrO_2$ powder was prepared by combustion method with glycine using the solution of $ZrO(NO_3)_2{\cdot}2H_2O$ dissolved into deionized water and calcination at $800^{\circ}C$ Porous $(Ca,Mg)_{0.15}Zr_{0.7}O_{1.7}$ ceramics was prepared by sintering the mixture of prepared $ZrO_2$ powder, dolomite and carbon black at $1200{\sim}1400^{\circ}C$ for 1 h. The open porosity ofthe $(Ca,Mg)_{0.15}Zr_{0.7}O_{1.7}$ ceramics sintered at $1300^{\circ}C$ was over 30 % and increased linearly with the amount of carbon black. The crystal structure of $(Ca,Mg)_{0.15}Zr_{0.7}O_{1.7}$ ceramics consisted of single cubic phase. The open pore of this ceramics was connected continuously and distributed well on the whole. This ceramics sintered at $1300^{\circ}C$ showed the porosity from 32 to 55 % and mechanical strength from 90 MPa to 30 MPa with increasing the content of added carbon black.
The effect of several important processing variables was investigated on formation of porous mullite with acicular microstructure. Experimental results demonstrated that microstructure and porosity of porous mullite are depending on concentration of $AlF_3$, holding time at $900^{\circ}C$ and starting material. Acicular mullite was developed by increasing amount of $AlF_3$ and holding time at $900^{\circ}C$. Mullite began to be formed at $1200^{\circ}C$ and the resultant microstructure sintered at this temperature is similar to those at higher temperatures. Porosity increases with increase in amounts of $AlF_3$ and holding time at $900^{\circ}C$ . Therefore, it is found that microstructure of reaction-sintered porous mullite can be controlled by governing the amount of $AlF_3$ and holding time at $900^{\circ}C$.
This review focused carbon-free hydrogen productions from ammonia decomposition including inorganic membranes, catalysts and the presently studied reactor configurations. It also contains general information about hydrogen productions from hydrocarbons as hydrogen carriers. A Pd-based membrane (e.g. a porous ceramic or porous metallic support with a thin selective layer of Pd alloy) shows its efficiency to produce the high purity hydrogen. Ru-based catalysts consisted of Ru, support, and promoter are the efficient catalysts for ammonia decomposition. Packed bed membrane reactor (PBMR), Fluidized bed membrane reactor (FBMR), and membrane micro-reactor have been studied mainly for the optimization and the improvement of mass transfer limitation. Various types of reactors, which contain various combinations of hydrogen-selective membranes (i.e. Pd-based membranes) and catalysts (i.e. Ru-based catalysts) including catalytic membrane reactor, have been studied for carbon-free hydrogen production to achieve high ammonia conversion and high hydrogen flux and purity.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.04a
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pp.102-105
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2007
The performance evaluation of the micro thruster utilizing hydrogen peroxide decomposition is described. The catalyst bed was made of porous ceramic material($Isolite^{(R)}$) with large surface to mass ratio. 14%wt platinum was loaded on the catalyst support as a catalyst. Hydrogen peroxide with 85% concentration was used as a monopropellant. The length of the catalyst bed and the feed pressure of the hydrogen peroxide were taken as the parameters for the experiment. All experiments were carried out under cold start condition for 30 seconds. The $c^*$ efficiency was evaluated for each test case using measured pressure data. For the catalyst support length of 30 mm and feed pressure at 5.51 bar, satisfactory $c^*$ efficiency beyond 95% was observed.
Sol-gel methods offer many advantages over conventional slip-casting, including the ability to produce ceramic membranes. They are purer, more homogeneous, more reactive and contain a wider variety of compositions. We produced ormosil sol using sol-gel process under various molecular weight of polymer species[polyethylene glycol(PEG)] in total system [Tetraethyl ortho silicate(TEOS)-polyethylene glycol(PEG)]. The properties of as-prepared ormosil sol such as viscosity and gelation time are characterized. Also, the ceramic membrane was prepared by dip-coating with synthetic sol and its microstructure was observed by scanning electron microscopy. The permeability and rejection efficiency of membrane for oil/water emulsion were evaluated as crossflow apparatus. The ormosil sol coated membrane was easily formed by steric effect of polymer and it improved flux efficiency because infiltration into porous support decreased. Its flux efficiency was elevated about $200\;l/m^2h$ compared with colloidal sol coated membrane at point of five minutes from starting test.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.789-793
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2021
A lithium secondary battery is the most promising candidate for future energy storage devices. On the other hand, the battery capacity decreases gradually due to the small amount of water and decomposition of the salts during the charging and discharging process, which deteriorates at high temperatures. Many researchers focused on increasing the cycling performance, but there have been few studies on the fundamental problem that removes water and HF molecules. In this study, silane molecules that are capable of absorbing water and HF molecules are introduced to the separator. Firstly, silica-coated amino-silane (APTES, 3-aminopropyltriethoxysilane) was synthesized, then the silica reacted with epoxy-silane, GPTMS ((3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane). A ceramic-coated separator was fabricated using the silane-coated silica, which is coated on porous polyethylene substrates. FT-IR spectroscopy and TEM analysis were performed to examine the chemical composition and the shape of the silane-coated silica. SEM was performed to confirm the ceramic layers. LMO half cells were fabricated to evaluate the cycling performance at 60 ℃. The cells equipped with a GPTMS-silica separator showed stable cycling performance, suggesting that it would be a solution for improving the cycling performance of the Li-ion batteries at high temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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