• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.32 no.4
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• pp.357-362
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• 2010

Electricity can be directly generated from organic matter even wastewaters using a microbial fuel cell. To achieve high power in MFCs, finding factors decreasing activation and Ohmic losses is very important. In this study we determined activation loss at the anode and cathode and Ohmic loss using the current interruption technique in a H-type MFC. Activation loss at the cathode was four times higher that that of anode activation loss even if pt-coated carbon (0.5 $mg/cm^2$;10%Pt) was used as the cathode. Ohmic loss determined using current interruption technique (1146 ${\Omega}$) was almost same as the internal resistance (1167 ${\Omega}$) measured using AC impedance. The sum of activation losses at the anode and cathode was the same as the value of activation loss of the cell.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.201-203
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• 2007

본 논문에서는, 연료전지 시스템의 기계적 주변장치 (MBOP)와 전기적 주변장치 (EBOP)의 최적 설계를 위해서 PEMFC 스택을 전기화학반응을 기초로 모델링한다. 모델링을 위해 기본적인 PEMFC의 구조와 동작 원리를 설명한다. 연료전지의 이론적 최고 전압인 평형전위를 깁스 자유에너지와 네른스트 방정식으로 유도한다. 전류밀도에 따른 전압 손실인 활성화, 저항, 농도 분극현상을 표현하기 위해서 수식을 유도한다. 수소가 이온화되지 못하고 산소극으로 넘어가서 발생되는 연료손실 및 내부전류와 지속적인 정역반응인 교환전류도 모델링된다. 평형전압에서 각 분극을 뺀 실제 운전 전압을 시뮬레이션하고, 유량과 압력에 따른 출력 특성을 시뮬레이션 한다. 부하변동 시 출력특성을 시뮬레이터와 실험결과로 비교한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.139-142
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• 2009

In this study, the performance degradation of SOFC single cell caused by the delamination between a cathode and an electrolyte is investigated. As the delamination rate increases, the voltage sharply decreases due to the decrease of reaction sites and losses increase. The current is concentrated to the intact area so that the current density is increased and the ohmic loss and the activation loss become higher. Most part of loss is due to the ohmc loss of electrolyte.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1205-1206
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• 2008

본 실험에서는 CMOS 공정에서 사용하는 실리콘 트렌치 공정을 이용하여 분절된 트렌치 바디 접촉구조를 형성, 60 V급 전력 MOSFET 소자를 제작하였으며, 결과 소자의 면적을 증가시키지 않고도 제어되지 않은 유도성 스위칭 (UIS) 상황에서 낮은 전도 손실과 높은 항복 에너지 ($E_{AS}$)를 구현하였다. 분절된 트렌치 접촉구조는 소자의 사태 파괴시 n+ 소스 아래의 정공전류를 억제한다. 이는 트렌치 밑 부분에서부터 이온화 충돌이 일어나기 때문이며, 이는 기생 NPN 바이폴라 트랜지스터의 활성화를 억제하여 항복 에너지를 증가시킨다. 기존 소자의 항복 전압은 69.4 V이고 제안된 소자의 항복 전압은 60.4 V로 13% 감소하였지만, 항복 에너지의 경우, 기존소자가 1.84 mJ인데 반하여 제안된 소자는 4.5 mJ로 144 % 증가하였다. 트렌치의 분절 구조는 n+ 소스의 접촉영역을 증가시켜 온 저항을 감소시키며 트렌치 바디 접촉구조와 활성영역의 균일성을 증가시킨다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2020.08a
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• pp.230-232
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• 2020

식품을 보다 신선하고 오래 보관하기 위하여 처리 및 보존에 관한 여러 방법들이 연구되고 있다. 특히 열에 민감한 유제품 또는 액체 식품들에 대하여 열을 가하지 않는 비열처리 방식의 기술들이 연구되고 있다. 그 중 식품 내 미생물의 활성화와 고유한 속성의 변화를 최소화하는 방법으로 Pulsed Electric Field 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 해당방식은 기존의 열처리 방식에 비해 경제적인 면에서 단점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 기존 Pulsed Electric Filed 방식의 효율을 높이고 비용을 저감할 수 있는 회로를 제안한다. 전압제어 방식의 DC/DC Power stage 부를 전류제어 방식으로 바꾸어 기존 회로의 Charging resistor를 사용하지 않음으로써 전력손실을 줄이고 비용 및 전기요금을 줄이고자 하였다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 제안회로를 검증하였다.

• 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.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2010

고체산화물연료전지는 청정에너지원으로써 기존의 발전방식을 대신할 차세대 에너지원으로 각광 받고 있다. 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하는 특성상 실험을 통하여 전극미세구조 및 구동조건을 최적화하는 것은 매우 어렵다. 본 연구는 전기화학식을 이용한 전산모사를 통해서 고체산화물 연료전지의 구동조건에 따른 성능 평가 및 전극의 미세구조 최적화 과정을 수행하였다. 전극 내 전달현상을 무시하고 오직 전기화학반응만을 고려한 전산모사는 단전지의 전극미세구조 및 구동조건에 따른 전지성능을 빠르게 예측할 수 있으며, 이를 기반으로 다양한 조건에서 얻은 전지 성능 데이터를 통해 전극미세구조를 최적화하였다. 개회로전압, 활성화분극, 저항분극, 물질수송손실을 표현하기 위하여 Nernst 식, Butler-Voler 식, 옴의 법칙, dusty-gas 모델을 각각 사용하였으며, 전극미세구조 및 구동조건의 변화는 물질확산계수 및 교환전류밀도를 통하여 그 영향이 전지성능에 반영된다. 온도, 압력, 주입 연료의 조성에 대한 성능평가가 수행되었으며, 1023K, 1 bar의 조건하에서 최적의 단전지 성능을 위한 기공도와 기공크기를 조사하였다. 더 향상된 단전지 성능 확보를 위해서 실험에서 쓰이는 기능층(functional layer)과 유사하게 넓은 반응 면적과 원활한 반응물 및 생성물의 이동을 보장하도록 기공도 및 기공크기를 그레이딩한 전극구조(graded-electrode)를 디자인하고 성능을 평가하였다. 그 결과 기존의 전지구조 대신에 그레이딩된 전극을 사용할 경우 50%이상 향상된 전지성능을 예측할 수 있었다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.14 no.4
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• pp.231-238
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• 2011

In this work, the numerical analysis for the zincate behavior at a zinc electrode with an electrolyte flow was carried out for a ZAFC. The Nernst-Planck equation with a boundary condition of Butler-Volmer type was adopted to describe electrochemical effects of mass transfer, migration, kinetics of electrode. The Navier-Stokes equation, coupling to the Nernst-Planck equation, is also applied to describe the internal electrolyte flow fields. The validity of the numerical model is proved through the comparative analysis between numerical and experimental results. The concentration of zincate and the current density were also investigated at a zinc anode according to various electrolyte velocities. We have found the concentration of zincate decreased and the current density increased with an increase in the electrolyte velocity.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.10
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• pp.9-16
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• 1999

When the conventional IPD (inter-poly-dielctrics) layer with ONO(oxide-nitride-oxide) structure was used in the Flash EEPROM cell, its data retention characteristics were significanfly degraded because the top oxide of the ONO layer was etched off due to the cleaning process used in the gate oxidation process for the peripheral MOSFETs. When the IPD layer with the ONON(oxide-nitride-oxide-nitride) was used there, however, its data retention characteristics were much improved because the top nitride of the ONON layer protected the top oxide from being etched in the cleaning process. For the modelling of the data retention characteristics of the Flash EEPROM cell with the ONON IPD layer, the decrease of the threshold voltage cue to the charge loss during the bake was here given by the empirical relation ${\Delta}V_t\; = \;{\beta}t^me^{-ea/kT}$ and the values of the ${\beta}$=184.7, m=0.224, Ea=0.31 eV were obtained with the experimental measurements. The activation energy of 0.31eV implies that the decrease of the threshold voltage by the back was dur to the movement of the trapped electrons inside the inter-oxide nitride layer. On the other hand, the results of the computer simulation using the model were found to be well consistent with the results of the electrical measurements when the thermal budget of the bake was not high. However, the latter was larger then the former in the case of the high thermal budger, This seems to be due to the leakage current generated by the extraction of the electrons with the bake which were injected into the inter-oxide niride later and were trapped there during the programming, and played the role to prevent the leakage current. To prevent the generation of the leakage current, it is required that the inter-oxide nitride layer and the top oxide layer be made as thin and as thick as possible, respectively.