• 에너지공학
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• 제20권4호
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• pp.309-317
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• 2011

연료의 물리의 특성에 따른 직접탄소 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell)성능해석을 위해 국내 화력발전소에서 사용되고 있는 석탄 중에서 역청탄(Shenhua coal), 아역청탄(Adaro coal) 각 1종 및 순수한 탄소성분들의 결정체인 탄소 입자(Carbon particle)를 연료로 사용하여 DCFC시스템의 성능변화를 분석하였다. 연료의 물리적 특성에 따른 DCFC의 성능해석을 위해 SEM, XRD 및 BET 분석을 통해 연료의 물리적 특성(표면적, 기공의 크기, 결정립의 크기 및 구조, 구성성분)을 분석하였다. 직접탄소 연료전지는 873 K 이상의 온도에서 작동하는 고온형 연료전지이기 때문에, 성능 해석은 원탄(Raw coal)보다는 일정온도에서 탈휘발 과정이 끝난 촤의 물성 분석이 더욱 중요하다. SEM, XRD 및 BET 분석을 통한 물리적 특성 분석결과를 바탕으로 성능측정 결과를 비교분석한 결과, 연료의 탄소 함량 보다는 표면적과 기공체적이 연료 전지의 성능에 큰 영향을 미치게 되며, 원탄의 물성보다는 촤 상태의 물성에 더 많은 영향을 받는다. 또한 연료전지의 성능은 작동 온도에 영향을 받으며, 온도가 상승함에 따라 성능도 상승하게 된다.

• 청정기술
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• 제18권4호
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• pp.426-431
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• 2012

탄소가 다량 포함된 석탄을 직접탄소연료전지(direct carbon fuel cell, DCFC) 연료로 사용 시 무기물인 회분은 반응 후 남아 접촉계면을 물리적으로 덮어 연료전지 성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 회분이 제거된 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조하고 이를 증기 가스화 촉매와 함께 도입한 후 DCFC 연료로써의 특성을 알아보았다. 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC) 기반의 DCFC에 무회분탄과 가스화 촉매인 탄산칼륨을 연료로 도입한 경우와 무회분탄만을 도입한 경우를 비교하였다. 열분해 반응 조건에서는 두 경우의 전력밀도 차이가 크지 않으나, 증기 가스화 조건에서는 촉매가 도입된 무회분탄이 상대적으로 높은 전력밀도 상승을 나타냈다. 이것은 증기 가스화 반응이 촉매에 의해 활성화되어 더 많은 양의 수소가 생산되었기 때문이다. 촉매 유무에 따른 수소 생성양의 차이를 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)로 정량 분석한 결과, 탄산칼륨첨가는 수소 생산 속도를 증가시킴을 확인하였다. 시간 경과에 따른 전력밀도의 감소는 촉매가 첨가된 연료에서 더 빠르게 나타났는데, 이는 촉매의 칼륨성분이 전해질과 반응하여 이성질 화합물을 형성하기 때문으로 생각된다. 얇은 두께의 전해질(30 ${\mu}m$) 도입에 의해 전력밀도가 향상되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.527-534
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• 2015

본 연구에서는 직접 탄소 연료전지(DCFC)에서 세 종류의 탄화수소(메탄, 에탄, 프로판) 열분해를 이용하여 다공성 니켈 연료극에 탄소를 직접 생성시켜 연료극과 연료간의 물리적 접촉을 향상시켰다. 전자현미경으로 각각의 탄화수소로부터 생성된 탄소 입자들이 탄소 수가 증가함에 따라 각각 탄소구형체(CS), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF)임을 확인하였다. 그리고 탄소 샘플들의 결정성을 알아보기 위해 라만 산란 분석을 수행하였고, 탄화수소의 탄소 수가 증가할수록 생성된 탄소의 결정성이 떨어지고 더 유연하였다. 동일한 질량의 탄소로 채워진 연료극의 DCFC 성능을 $700^{\circ}C$ 에서 측정하였고, CNT 와 CNF 가 CS 보다 반응성이 좋아 각각 148%, 210% 높은 전력밀도를 보였다. 이는 결정성이 떨어지는 CNT 와 CNF 의 낮은 전하전달저항에 의한 것으로 사료된다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 추계 학술발표회 논문집
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• pp.318-322
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• 1998

• 플랜트 저널
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• 제7권2호
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• pp.10-16
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• 2011

• 플랜트 저널
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• 제7권3호
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• pp.4-14
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• 2011

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권6호
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• pp.786-789
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• 2011

본 연구에서는 고체산화물연료전지에서 사용되고 있는 전해질의 직접탄소연료전지로의 적용가능성을 평가하기 위해 YSZ 전해질의 특성을 평가하였다. 전해질 층은 진공 슬러리 코팅 법을 사용하여 연료극 지지체위에 형성하였으며, 코팅 후 $1,400^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리하여 미세조직, 가스투과도 및 이온 전도도 측정을 통해 직접탄소연료전지로의 적용가능성을 확인하였다. YSZ 전해질은 얇고 치밀한 층을 형성하였으며 낮은 가스 투과도 값을 나타내었다. 이와같은 결과를 바탕으로 직접탄소 연료전지에 YSZ 전해질을 적용하였으며, 단위전지를 제작하여 $800^{\circ}C$에서 성능평가를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.697-704
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• 2016

본 논문에서는 역청탄인 Glencore 탄을 염산과 질산수용액을 이용하여 산 처리하고 원탄과 산 처리 된 석탄의 물리, 화학적 비교분석과 직접탄소 이용 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)의 성능 비교 분석을 수행하였다. 석탄의 물성들을 분석하기 위해 열중량 분석과 가스 흡착법, X선 광전자 분광법을 수행하였다. 열중량 분석을 통해 연료의 열적 반응성이 증가하였음을 알 수 있었고, 가스 흡착법 결과로 기공의 평균지름은 변화가 없었지만 표면적은 감소함을 알 수 있었다. X선 광전자 분광법에서는 $HNO_3$ 처리의 경우 가장 높은 산소/탄소 비율을 보였고, 이를 통해 다양한 표면 산소작용기가 증가한 것을 확인하였다. 연료의 표면 물성과 전기화학 성능을 비교한 결과, 표면의 산소 성분의 변화가 DCFC의 성능 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.411.2-411.2
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• 2016

직접 메탄올 연료전지 (DMFCs)는 친환경적이고 낮은 작동 온도로 인한 빠른 구동, 높은 에너지 밀도 등 다양한 장점을 가지고 있어 차세대 에너지 변환소자로 많은 관심을 받고 있다. 직접 메탄올 연료전지는 메탄올을 연료로 사용하며, 메탄올이 보유하고 있는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로써 음극에서는 백금 촉매로 인한 메탄올 산화반응, 양극에서는 환원 반응이 일어나며 전기화학적 구동을 하게 된다. 하지만 일산화탄소 피독으로 인한 촉매 활성 저하, 메탄올의 cross over, 백금 촉매 사용으로 인한 고비용 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 많은 연구자들이 백금 사용량을 줄이고 백금 촉매를 고르게 분포하기 위해 값이 저렴하고 넓은 비표면적을 갖는 탄소계 (graphite, graphene, carbon nanotube, carbon nanofiber 등) 지지체 재료를 도입하고 있다. 이 중 탄소나노섬유 (carbon nanofibers, CNFs)는 우수한 전기전도도와 열적/화학적 안정성을 가지고 있으며, 특히 넓은 비표면적을 가지고 있어 백금 촉매의 지지체로서 많은 연구가 진행되고 있다[1]. 따라서 우리는 전기방사법을 활용하여 넓은 비표면적을 보유하는 다공성 탄소나노섬유를 성공적으로 합성하였다. 또한, 이를 백금 촉매의 지지체로 도입하여 직접 메탄올 연료전지를 위한 다공성 탄소나노섬유에 담지된 고분산성 백금 촉매를 제조하였다. 제조한 다공성 탄소나노섬유의 형상 및 구조 분석은 주사전자 현미경 (field-emission scanning electron microscopy)와 투과전자 현미경 (transmission electron microscopy)를 이용하여 분석하였고, 결정구조와 화학적 결합상태는 X-선 회절분석 (X-ray diffraction) 및 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 규명하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압 전류법 (cyclic voltammetry)를 이용하였다. 이러한 실험 결과들을 바탕으로 다공성 탄소나노섬유에 담지된 고분산성 백금 촉매의 자세한 특성을 본 학회에서 다루도록 하겠다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권10호
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• pp.1033-1041
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• 2012

본 논문에서는 석탄의 물리적 화학적 구조에 의한 직접탄소 연료전지 내부의 전기화학 반응 특성의 변화에 대하여 연구하였다. 석탄의 구조, 표면적 및 기공체적, 작용기의 분포 등을 분석하기 위하여 다양한 분석 기법(TGA, XRD, BET, XPS)을 사용하였다. 석탄 내부에 존재하는 탄소의 강력한 결정구조는 연료의 비표면적 및 기공크기를 축소시켜 고 전류밀도 영역에서 급격한 포텐셜의 감소를 초래한다. 표면에 분포하는 작용기는 저전류 밀도 영역에서의 전기화학 반응에 영향을 미치며, 제한 전류밀도 및 최대 전력밀도는 전체 탄소의 양과 밀접한 상관관계를 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 전해질의 물질전달 향상 및 작동온도에 의한 영향도 논하였다.