• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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.

• 한국광학회지
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• 제15권4호
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• pp.361-368
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• 2004

콤팩트디스크(CD-R; Compact DiskRecordable)를 성분별로 분리하여 제작하고, 다층 박막 구조를 만들어서 레이저빔의 에너지를 변화시켜 가면서 조사하여 각 성분 층에서의 최적 미소 점 마킹 조건과 홈 형성 과정에 관하여 연구하였다. 본 연구는 Q-스위치 Nd:YAG 레이저를 이용하여 준비된 각 시료의 표면에 27∼373 mJ 빔을 80 $\mu\textrm{m}$의 점적 크기로 조사하여 샘플에 형성된 흠 형태를 광학현미경(OM; Optical Microscope)과 광 결맞음 단층촬영기(OCT; Optical Coherence Tomography)로 비교-관찰하여 미소 점 마킹의 형성 과정을 분석하였다. 다층 박막에서 용융된 기판 층은 짧은 시간동안 충분한 열 흐름이 발생하여 증배의 형성을 야기하며, 반사 층과 염료 층 사이에 흡수된 에너지는 염료를 용융시키고 체적을 증가시켰으며, 증배가 식으면서 표면장력의 영향 및 레이저빔에 의한 순간적인 시편의 온도상승으로 기화와 반동압력에 의한 질량흐름 때문에 두 층의 경계면에서 홈과 외륜의 발생을 설명할 수 있었다. 따라서 다층 박막에서의 미소 점 마킹의 형성 과정은 표면장력, 용융 점성력, 층 두께, 다층 박막 성분 물질의 물리화학적ㆍ광학적 성질과 관계가 있음을 알 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제21권3호
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• pp.254-264
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• 2012

원자력발전소 중대사고시 노심용융물의 Rayleigh-Benard 자연대류 문제에 대한 예비실험으로 두 평판 사이의 거리, 측면벽의 유무 및 평판의 기하구조가 열전달에 미치는 영향에 대해 실험적 연구를 수행하였다. 열전달 실험을 대신하여 상사성의 원리를 이용한 황산-황산구리 수용액의 전기도금계를 물질전달계로 채택하였다. 실험은 $Ra_s$는 $1.06{\times}10^7{\sim}2.91{\times}10^{10}$의 범위에서 실험적 조건을 변화시켜가며 열전달을 측정하였다. 실험결과 단일 수평평판에서 측정한 열전달은 McAdams의 수평평판 자연대류 열전달 상관식과 일치하였고 두 평판에서 측정한 열전달은 Dropkin과 Somerscales, Globe와 Dropkin의 Rayleigh-Benard 자연대류 열전달 상관식과 매우 유사한 경향을 보였다. 두 평판 사이의 거리가 작을 경우 열전달이 높다가 거리가 증가하면 단일 수평평판에서의 자연대류 열전달과 같아졌다. 평판에 설치된 휜(Fin)은 열전달을 향상시켰다. 모든 경우에서 측면벽이 없는 경우의 열전달이 측면 벽이 있는 경우보다 항상 높았다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.115-115
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• 2018

철강재는 대량 생산이 가능하며 경제성이 뛰어나고 기계적 성질도 우수하므로 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 철강재는 부식 환경에 취약하기 때문에 그 용도에 따라 다양한 내식성을 부여하는 표면처리를 적용하고 있다. 일반적으로 이러한 철강 재료에 대한 내식성 표면처리로는 습식공정을 이용한 아연(Zn)도금 표면처리가 널리 적용되고 있다. 그러나 최근에는 이러한 습식공정으로 인해 발생하는 자원소모 및 환경적인 문제와 더불어 고내식성 표면처리 소재에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 소재 및 기술 개발에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 관점에서 기존의 습식표면처리 공정을 건식으로 대체 또는 병행하고, 현행 아연소재를 대체할 수 있는 코팅소재로써 알루미늄(Al) 이나 마그네슘(Mg)으로 대체하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구에서는 강판의 내식성을 향상시키기 위한 방법으로 기존의 습식 표면처리 공정에서 용이하지 않은 마그네슘을 이용하여 건식 PVD 프로세스에 의해 코팅막의 제작을 시도하였다. 그리고 코팅막 제작 조건 중에서 공정압력이 코팅막의 결정배향성에 미치는 영향과 내식성과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 즉, 여기서는 강판 및 용융알루미늄 도금강판 상에 스퍼터링법에 의해 Ar 가스에 의한 공정압력을 2, 10 및 50 mTorr로 조절하면서 마그네슘 코팅막을 $2{\mu}m$ 두께로 각각 제작하였다. 이때 제작한 막의 표면 모폴로지 관찰(SEM) 및 결정구조 분석(XRD) 결과에 의하면, 강판 및 용융알루미늄도금강판 상에 제작한 코팅막들은 공통적으로 공정압력이 증가할수록 그모폴로지의 결정립의 크기가 작고 치밀한 구조로 변하였다. 또한 그때 형성된 코팅막의 결정구조는 표면에너지가 상대적으로 높은 Mg(002)면 피크의 점유율이 감소하고 표면에너지가 낮은 Mg(101)면 피크의 점유율이 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 공정압력이 증가할수록 Mg 격자 간 면 간격(d-value)이 증가하는 경향을 나타내었다. 이상에서 제작한 마그네슘 코팅막의 결정성장 과정은 본 진공 플라즈마 PVD 공정중 증착가 더불어 흡착역할을 하는 Ar의 움직임에 따라 설명 가능하였다[1,2]. 코팅막의 양극분극(Polarization)측정 결과에 의하면, 공정압력이 높은 조건에서 제작한 막일수록 부동태 특성이 우수하여 내식성이 향상되는 경향을 나타내었다. 특히, 공정압력이 상대적으로 높은 50 mTorr 조건에서 제작된 코팅막이 표면 마그네슘 결정의 크기가 조밀하고 결정구조는 Mg(002)면과 Mg(101)면의 상대강도 비가 유사하여 내식성 가장 우수하였다.

• 공업화학
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• 제5권2호
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• pp.255-262
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• 1994

아크용융방법으로 준비한 Ti-5Bi 합금을 산화시켜 제조한 산화티타늄의 에너지변환효율(${\eta}_e$)을 광학농도, 광에너지에 따라서 측정하였다. 그리고 광학농도 및 전해액의 pH변화에 따른 플랫-밴드전압변화를 측정하였다. 광학농도와 광에너지가 증가하면 에너지변환효율은 증가하였으며 광학농도 $0.2W/cm^2$, 조사되는 빛의 에너지가 4.0eV에서 최대 에너지변환효율은 각각 3.2%, 13%로 나타났다. 에너지변환효율은 인가전압 의존성을 보여주었으며 0.5V의 전압을 인가하였을 경우 최대값을 보여주었다. 한편 전체 광전류의 발생은 산화티타늄 공핍층 내의 전자-정공쌍의 생성반응에 의해 율속되었다. 광학농도가 증가하면 플랫-밴드전압은 -0.065V/decade의 기울기를 나타내었으며 전해액의 pH가 감소하면 플랫-밴드전압은 양의 방향으로 이동하였으며 그 기울기값은 0.059V/pH로 Nernst 식의 기울기값과 일치하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.72.1-72.1
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• 2010

지금까지 연료전지 시스템의 효율을 극대화시키기 위한 기술들이 개발되어 왔는데, 대표적인 방법은 CHP(Combined Heat & power)와 FCT(Fuel cell & Turbine) Hybrid 시스템이다. 그러나 본 연구의 기술은 연료전지 배열을 이용한 Coanda 공기증폭기를 장착한 새로운 개념의 고효율 연료전지 시스템이다. 원래 공기 증폭기는 완만한 곡면 주위를 흐르는 유체가 곡면의 표면을 따라 흐름의 방향이 바뀌는 원리(Coanda Effect)를 이용한 장치로서, 소량의 고압유체를 구동 에너지원으로 사용하여 최고 20배에 해당하는 많은 양의 주변 유체를 빠른 속도로 이송시키는 역할을 한다. 문제는 고압의 유체원을 만드는 것인데, 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 배기가스를 활용하여 먼저 고압의 수증기를 발생시키고, 다음으로 고압의 수증기를 공기 증폭기의 구동원으로 사용함으로써 연료전지 시스템의 Air blower를 대체하는 것이다. 이러한 개념을 검증하기 위해서 고압의 스팀작동 Coanda 공기증폭기를 제작하여 선행실험을 진행하였다. 먼저 공기증폭기의 Gap 및 스팀압력에 따른 공기유량, 압력 등의 기본특성을 조사하였고, 출력 공기의 특성을 개선하기 공기증폭기의 형상 및 재료를 새롭게 설계하였다. 그리고 실제 시스템의 적용가능성을 알아보기 위해서, 예로 300kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 Air blower 대체가능성을 확인하였고, 배열이용 Coanda 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템의 개념설계를 수립하였다. 결론적으로 본 기술을 활용하면 연료전지 시스템의 최종 전기효율을 향상시킬 뿐 아니라는 시스템의 장기 신뢰성을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.51-59
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• 2005

수소 분리막의 적용 분야는 석탄가스, 천연가스, 메탄가스 혼합기체이며, 고온/고압 및 수소농도가 낮은 혼합기체에서 고순도의 수소를 제조하는 곳이다. 특히 치밀질 세라믹 멤브레인은 고온에서 가스화한 석탄가스나 차세대의 쓰레기 처리 기술인 가스화 용융처리에서 생긴 고온가스로부터 고순도의 수소를 분리할 수 있다. 분리한 수소는 고온을 유지하기 때문에 연료전지 발전에 최적이다. 종래의 연료전지는 발전을 위해서 수소의 가열이 필요했으나 이것이 불필요하게 되어 발전 전체의 효율이 향상된다. 석유화학 산업에서 발생하는 혼합기체에서 수소를 분리하여 사용하고 남은 기체는 연료로 재사용할 수 있다. 분리막의 재질로는 고분자계가 개발되고 있으며 고분자 지지체에 백금이나 로듐과 같은 촉매를 코팅하는 방법이다. 이는 기공의 제어가 용이하고 대량생산이 가능한 장점이 있지만 고온에서 사용이 불가능하고 입자상 물질에 의해 분리막의 손상이 문제가 되고 있다. 이에 비해 치밀질 세라믹 멤브레인은 세라믹의 특성에 의해 고온 및 고압에서도 적용이 가능하며, 실온이나 저압의 조건에서도 적용이 가능한 특징을 가진다. $900^{\circ}C$의 고온에서 적용시 세라믹 멤브레인에는 특성열화가 없어 수명이 긴 장점을 가지게 된다. 수소가 포함되어 있는 기체에서 수소 만을 분리하는 방법은 흡착이나 분리막을 이용하는 방법이 일반적이며 흡착에 의한 방법은 일부 실용화가 진행되고 있다. 고효율의 수소를 분리하는 방법으로 분리막을 이용하는 방법이 있다. 현재 치밀질 수소 분리막의 연구는 외국(미국, 일본 등)에서도 초기 연구 단계이다. 국내에서도 이런 연구가 선행되어 외국과의 기술 격차를 줄이고 에너지 자원에 대한 확보가 필요하기 때문에 이 연구가 수행되었다. 치밀질 멤브레인의 소재로는 proton 및 전자전도가 가능한 소재로서 Ba-Ce-Y계를 기본조성으로 하여 내구성과 전기전도도를 향상시키기 위해 Ca, La, In, Yb를 치환하였다. 제조한 재료의 물리화학적 특성을 평가하였고, 수소여과 장치를 이용하여 여과 효율을 평가하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.54-63
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• 2015

The secondary battery using sodium is investigating as one of power storage system and power in electric vehicles. The secondary battery using sodium as a sodium battery and sodium ion battery had merits such as a abundant resources, high energy density and safety. Sodium battery (sodium molten salt battery) is operated at lower temperature ($100^{\circ}C$) compared to NAS and ZEBRA battery ($300{\sim}350^{\circ}C$). Sodium ion battery is investigating as one of the post lithium ion battery. In this paper, it is explained for the principle and recent research trends in sodium molten salt and sodium ion battery.

• 기계저널
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• 제30권6호
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• pp.555-563
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• 1990

연료전지 발전시스템은 발전효율이 높고, 공해물질이 없는 등 많은 장점을 갖는 에너지생산 방 식에 따라 장래의 이용이 크게 기대되고 있다. 현재 연구개발에 많은 성과를 보이고 있는 미국. 일본에서는 인산형 연료전지의 상업화를 위해 수 MW급의 발전시스템의 신뢰성 실험을 진행 중에 있으며 용융탄산염형 연료전지, 고체산화물형 연료전지의 기초연구를 거의 완성한 단계에 있다. 국내에서도 연료전지발전은 화력발전의 한계, 발전연료의 다원화에 따른 천연가스의 수 입이용이 대폭 확대될 전망임에 따라 이용의 필요성이 많이 대두되고 있다. 특히 많은 섬과 산간지방 등 고립분산지역을 갖고 있는 국내 여건으로 볼 때, 송전. 배전시설이 필요 없는 온사이 트형 연료전지 발전설비가 설치될 경우 많은 이점을 가져올 수 있기 때문에 동 분야의 연구개 발이 필요한 상황이다. 전력은 국가의 핵심에너지로서 전력생산기술의 자립은 매우 중요하다. 특히 우리나라도 선진화되면서 새로운 첨단기술의 도입에 의한 에너지생산기술의 확보가 선진 국들의 기술보호정책에 의해 장애를 받고 있다. 연료전지기술의 경우도 일본이 동 분야를 국 책과제로 지정한 뒤 각 기업이 연구개발에 나서고 있는데, 이미 1980년대 초에 미국과 기술제휴 를 하면서 아시아지역 전체에 대한 전매권을 확보한 상태이며, 다른 타국과의 기술제휴 및 기 술이전을 거부한 채 실용화를 위한 경제성 확보의 시기를 기다리고 있다. 이와 같은 이유로 극복하기 위해 집중적인 투자를 확대하여 독자적인 기술을 확보해야한다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제4권1호
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• pp.14-20
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• 1979

고(高)에너지 방사선(放射線) 치료(治療)에 있어서 정상조직(正常組織)의 완전차폐(完全遮蔽)를 위하여 $5{\sim}8cm$ 납두께의 부정형(不定形) 차폐(遮蔽)벽돌을 제작(製作)해야하는 난점(難點)이 있었다. 저자(著者)들은 납 30.0%, 주석 11.5% 비스므스 48.5%, 카드미늄 10.0%를 사중(四重) 공정결합(共晶結合)시켜 밀도(密度)가 $9.8g/cm^3$ 용융온도(熔融溫度)가 $68^{\circ}C$인 저용융(低熔融) 차폐물질(遮蔽物質)을 개발(開發)하여 이를 Lead Y라고 명명(名命)하였다. 제작(製作)된 Lead Y Block을 $68^{\circ}C$에서 용융(熔融)시켜 보호(保護)해야할 중요(重要)한 장기(臟器)의 형태(形態)대로 제작(製作)된 styrofoam 음형(陰形)에 부어서 차폐효과(遮蔽效果)가 큰 차폐(遮蔽)벽돌을 쉽고 안전(安全)하게 제작(製作)할 수 있었고 납보다 더 단단하고 재현성(再現性)이 크며 저렴(低廉)한 가격(價格)으로 구입(購入)이 가능(可能)하므로 방사선(放射線) 치료효과(治療效果)에 큰 도움을 줄 수 있었다.