• Title/Summary/Keyword: 전해셀

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용해 납 흐름 배터리용 여러 카본 전극의 에너지 효율 특성 비교

  • Min, Hyeong-Seop;Yang, Min-Gyu;Kim, Sang-Sik;Lee, Jeon-Guk
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.59.1-59.1
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    • 2009
  • 레독스 흐름 배터리 (Redox Flow Battery)는 외부의 탱크 등에 저장해 둔 활성물질(이온 가수가 변화는 금속) 의 용액을 펌프로 전해셀에 공급하여 충전 방전하는 배터리로 신재생 에너지인 풍력과 태양광 발전, 야간의 잉여 전력 저장 등 대용량 전력 저장 장치로 관심이 높아지고 있다. 대표적인 레독스 흐름 배터리로 알려진 바나듐 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막 사용으로 인하여 전기전도도, 기계적 강도, 투과도 및 전해질 내의 화학적 안정성 등 여러 가지 문제점과 함께 비용 문제점을 야기한다. 하지만 새로운 용해 납 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막을 사용하지 않아 바나듐 레독스 흐름 배터리의 문제점 및 시설비가 절약되는 장점이 있어 새로이 연구되지고 있다. 본 연구는 레독스 흐름 배터리에 주로 이용되는 카본 전극재료의 따라 형성되는 Pb, $PbO_2$ 박막의 미세 구조를 및 에너지 효율 특성을 분석하였다. 실험은 half-cell로 이루어졌으며 작업전극은 Carbon felt, Ordered Graphite, Disordered Graphite, Glassy Carbon 등을 여러 카본 재료를 사용하였고, 상대전극은 Pt, 기준전극으로 Ag/AgCl를 사용하여 Cyclic Voltammetry특성과 충방전 특성을 연구하였다. 전해질은 Lead Carbonate ($PbCO_3$)+Methanesulfonic acid ($CH_3SO_3H$) 들어간 수용성 전해질을 교반을 통해 이용하였다. 여러 carbon 전극재료와 생성된 Pb, $PbO_2$ 막의 표면구조, 미세구조, 상들의 변화는 XRD, SEM, EDX, Raman등을 통하여 분석하였으며, 전기화학 공정의 변수와 전극에 따른 에너지 효율특성에 대하여 고찰해 보았다.

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Investigation of a Thermal Stress for the Unit Cell of a Solid Oxide Fuel Cell (고체산화물 연료전지 단위셀의 열응력에 관한 연구)

  • Kim, Young-Jin;Park, Sang-Kyun;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.414-420
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    • 2011
  • Thermal stress analysis of a planar anode-supported SOFC considering electrochemical reactions has been performed under operating conditions where average current density varies from 0 to 2000 $A/m^2$. For the case of the 2000 $A/m^2$ operating condition, Structural stress analysis based on the temperature distributions obtained from the CFD analysis of the unit cell has also been done. From this one way Fluid-Structure Interaction(FSI) analysis, Maximum Von-Mises stress under negligible temperature gradient fields occurs when cell components are perfectly bonded. The maximum stress of the electrolyte, cathode and anode in a unit cell SOFC is 262.58MPa, 28.55MPa and 15.1MPa respectively. The maximum thermal stress is critically dependent on static friction coefficient.

Fabrication and Characterization of Enzyme Electrode for Lactate Fuel Cell (젖산 연료전지용 효소전극 제작 및 특성 분석)

  • Zhang, YanQing;Kim, Chang-Joon
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.59 no.3
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    • pp.373-378
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    • 2021
  • The study aimed to develop a high-power enzymatic electrode for a wearable fuel cell that generates electricity utilizing lactate present in a sweat as fuel. Anode was fabricated by immobilizing lactate oxidase (LOx) on flexible carbon paper. As the lactate concentration in the electrolyte solution increased, the amount of current generated by catalysis of lactate oxidase increased. The immobilized LOx generated 1.5-times greater oxidation current density in the presence of gold nanoparticles than carbon paper only. Bilirubin oxidase (BOD)-immobilized cathode generated a larger amount of reduction current in the electrolyte saturated with oxygen than purged with nitrogen. A fuel cell composed of two electrodes was fabricated and cell voltage was measured under different discharge current. At the discharge current density of 66.7 ㎂/cm2, the cell voltage was 0.5±0.0 V leading to maximum cell power density of 33.8±2.5 ㎼/cm2.

PRIDE 3D Simulator for Virtual Verification of Remote Handling Procedures in Processing Cell (PRIDE 3D 시뮬레이터를 통한 공정셀 내부의 원격작업 가상검증)

  • Ryu, Dongseok;Han, Jonghui;Kim, Sunghyun;Kim, Kiho;Lee, Jong Kwang
    • Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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    • v.15 no.4
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    • pp.333-341
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    • 2017
  • The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) constructed the PyRoprocessing Integrated inactive Demonstration facility (PRIDE) to carry out experiments on engineering scale pyroprocessing. PRIDE has a large processing cell that human workers are not allowed to access, and thus the equipment inside is operated from outside using remote handling systems. It is therefore essential to examine the operability and maintainability of the equipment in view of remote handling systems, and the equipment is thoroughly examined in a mockup cell before it is installed in the processing cell. If the equipment is tested in a virtual mockup rather than in a mockup cell, the development cost can be significantly reduced. The PRIDE 3D simulator was integrated for virtual verification of equipment that will be installed in the processing cell. All remote handling devices in the actual PRIDE were also virtually installed in the PRIDE 3D simulator. The 3D model of the equipment was loaded and located in the exact position in the virtual processing cell. A scenario to replace an actual electrode was implemented in the PRIDE 3D simulator. The design of the equipment and the working procedures in the scenario were successfully evaluated. The results demonstrated that the PRIDE 3D simulator can be used successfully as an alternative to actual mockup testing.

Continuous Decomposition of Ammonia by a Multi Cell-Stacked Electrolyzer with a Self-pH Adjustment Function (자체 pH 조정 기능을 갖는 다단 전해조에 의한 암모니아의 연속식 분해)

  • Kim, Kwang-Wook;Kim, Young-Jun;Kim, In-Tae;Park, Geun-Il;Lee, Eil-Hee
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.43 no.3
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    • pp.352-359
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    • 2005
  • This work has studied the changes of pH in both of anodic and cathodic chambers of a divided cell due to the electrolytic split of water during the ammonia decomposition to nitrogen, and has studied the continuous decomposition characteristics of ammonia in a multi-cell stacked electrolyzer. The electrolytic decomposition of ammonia was much affected by the change of pH of ammonia solution which was caused by the water split reactions. The water split reaction occurred at pH of less than 8 in the anodic chamber with producing proton ions, and occurred at pH of more than 11 in the cathodic chamber with producing hydroxyl ions. The pH of the anodic chamber using an anion exchange membrane was sustained to be higher than that using a cation exchange membrane, which resulted in the higher decomposition of ammonia in the anodic chamber. By using the electrolytic characteristics of the divided cell, a continuous electrolyzer with a self-pH adjustment function was newly devised, where a portion of the ammonia solution from a pHadjustment tank was circulated through the cathodic chambers of the electrolyzer. It enhanced the pH of the ammonia solution fed from the pH-adjustment tank into the anodic chambers of the electrolyzer, which caused a higher decomposition yield of ammonia. And then, based on the electrolyzer, a salt-free ammonia decomposition process was suggested. In that process, ammonia solution could be continuously decomposed into the environmentally-harmless nitrogen gas up to 83%, when chloride ion was added into the ammonia solution.

SC 제염용액에서 $Ce^{4+}/Ce^{3+}$이온쌍의 산화환원 특성 연구

  • 박상윤;문제권;정종헌;오원진
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • 1997.05b
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    • pp.313-318
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    • 1997
  • 방사성 금속폐기물을 재활용하기 위한 제염기술로서 SC ( Sulfuric acid - Cerium) 제염의 기본특성을 파악하기 위해 Ce$^{4+}$ Ce$^{3+}$ 이온쌍의 산화환원 특성을 cyclic voltammetry 방법으로 연구하였다. 황산용액 내에서 Ce$^{4+}$ Ce$^{3+}$ 이온쌍의 산화환원 특성 조사를 위해서는 백금전극이 효과적이었다. 이중 실린더형 전해셀의 백금전극에서 Ce$^{4+}$ Ce$^{3+}$ 이온쌍의 산화환원에 대한 전달계수, 확산계수 및 비균일 속도상수 둥을 구하였으며, 각각 0,63 $\pm$ 0.05, (2.09$\pm$0.49) x $10^{-5}$ $\textrm{cm}^2$/sec 및 (2.53 $\pm$ 1.33) * $10^{-4}$ cm/sec 의 값을 나타내었다.

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Characteristics of Lithium Metal Secondary Battery Using PAN Gel-electrolyte Mixed with TiO2 Ceramic Filler (TiO2 Ceramic Filler가 혼합된 젤상의 PAN 고분자 전해질을 이용한 리튬금속 이차전지의 특성)

  • Lim, Hyo-Sung;Kim, Hyung-Sun;Cho, Byung-Won;Lee, Tae-Hee
    • Journal of the Korean Electrochemical Society
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    • v.5 no.3
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    • pp.106-110
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    • 2002
  • Gel-type polyacrylonitrile(PAN) polymer electrolytes have been prepared using ethylene carbonate(EC), propylene carbonate(PC) and dimethyl carbonate(DMC) plasticizer, $LiPF_6$ salt and $TiO_2$ ceramic filler. Electrochemical properties, such as electrochemical stability, ionic conductivity and compatibility with lithium metal and mechanical properly of polymer electrolytes were investigated. Charge/discharge performance of lithium secondary battery using these polymer electrolytes were investigated. The maximum load that the polymer electrolyte resists increased about two times as a result of adding $TiO_2$ in the polymer electrolyte containing EC and PC. Polymer electrolyte containing EC, PC and $TiO_2$ also showed ionic conductivity of $2\times10^{-3} S/cm$ at room temperature and electrochemical stability window up to 와 4.5V. Polymer electrolyte containing EC, PC, and $TiO_2$ showed the most stable interfacial resistance of $130\Omega$ during 20 days in the impedance spectra of the cells which were constructed by lithium metals as electrodes. Lithium metal secondary battery which employed $LiCoO_2$ cathode, lithium metal anode and $TiO_2$-dispersed polymer electrolyte showed $90\%$ of charge/discharge efficiency at the 1C rate of discharge.

Fabrication of Solid Oxide Fuel Cells by Decalcomanie Methode (전사법을 이용한 고체산화물 연료전지 셀 제조)

  • An, YongTae;Choi, ByungHyun;Ji, MiJung;Gu, JaBin;Shin, SangHo;Hwang, HaeJin
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2011.11a
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    • pp.83.1-83.1
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    • 2011
  • 고체산화물 연료전지는 전해질의 양쪽에 cathode층과 anode층으로 구성되어 있다. 이러한 셀을 제작하기 위한 구성소재 코팅법으로는 EVD, CVD, sputter등의 기상공정과 screen printing, tape casting, dip coating등의 습식공정이 있다. 이중 현재 가장 널리 사용되고 있는 screen printing법은 코팅기판의 크기와 형태에 제한을 받아 원통형, 평관형에는 적용이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 electrolyte 지지체 위에 전사법을 통해 연료극(NiO-YSZ), 공기극(LSCF-GDC) 코팅층의 두께 및 형상을 제어할 수 있었으며 button cell을 제작하여 실제 SOFC에 적용이 가능함을 확인하였다.

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YSZ(yttria-stablilized ziroconia) 박막을 이용한 센서셀의 산소감응

  • 배정운;박준용;황순원;김기동;조영아;전진석;최동수;염근영
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 1999.07a
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    • pp.128-128
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    • 1999
  • 산소이온 전도체로 잘 알려진 Yttira-Stabilizd Ziroconia(TSZ)는 연료전지, oxygen pumps, chemical gas sensor 등 다양한 electrochemical divices에 이용되는 고체 전해질의 하나이다. 특히 YSZ는 oxygen 및 oxygen과 평형상태에 있는 gas들을 검출하는 sensor의 electrolyte로서 가장 많이 쓰이고 있다. 현재 상용화되어 있는 YSZ Sensor는 전통적인 bulk 형태의 ceramic으로 제작된 것으로 충분한 ionic conductivity를 얻기 위해서는 $600^{\circ}C$이상의 operating temperature를 필요로 하나 YSZ를 박막으로 제조시 낮은 operating temperature를 뿐만 아니라 sensor의 소형화, 낮은 ohmic loss 및 다양한 응용이 가능한 장점을 가질 수 있다. 본 실험에서는 산소 이온 전도체로서 8mol%-YSZ 고체전해질을 RF-magnetron bias sputtering 법을 이용하여 증착하였다. 제조된 YSZ 박막을 이용한 산소감응 센서셀 구조는 SiO2/Ni-NiO/Pt/YSZ/Pt-기판이다. 센서셀의 정상상태에서의 기전력(electromotive force ; EMF)을 산소분압(Po:1.013$\times$103Ta ~1.013$\times$105Pa)과 측정온도(30$0^{\circ}C$~$700^{\circ}C$)를 변화시키며 측정하였다. 이론적인 기전력과 측정값 사이의 편차는 Po:1.565$\times$104Pa 이하의 산소분압에서는 컸지만 이 이상의 분압에서는 이론치에 근접한 값을 가졌다. 증착한 YSZ와 Ni-NiO 박막의 구조는 X-ray diffractometer(XRD)를 이용하여 결정구조를 알아 보았고, TSZ 박막의 표면 morphology 관찰은 Scanning electron microscopy(SEM) 이용하였다. 박막의 조성분석은 X-ray energy dispersive analysis(EDX)을 사용하였다.

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All-vanadium redox-flow battery for the power storage (전력저장용 전 바나듐계 레독스-흐름 2차전지에 관한 연구)

  • 황갑진;김종원;심규성
    • Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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    • 2002.11a
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    • pp.123-126
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    • 2002
  • 레독스-흐름 2차 전지는 레독스 쌍이 녹아있는 수용액을 탱크에 저장한 다음 펌프로 유통형 전해 셀에 공급해 충방전하는 2차 전지의 한 종류이며, 종래의 2차 전지와는 다른 재생형 연료전지 중의 하나이다[1]. 이러한 전지의 원리는 19세기말부터 알려져 있었지만, 중량과 용적이 컸기 때문에 소형화, 경량화가 중시되는 2차 전지로서는 부적당하였고, 수용액을 사용하기 때문에 기전력이 낮다는 결점이 있었다.(중략)

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