• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.69-75
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• 2010

수소투과금속인 tantalum과 세라믹 지지체로 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 이용하여 cermet 수소분리막을 제조하였다. Ta/YSZ cermet 분리막은 헬륨분위기에서의 예비소결과 고진공 하에서의 본소결을 통해 제조하였으며, 소결 및 밀봉 과정에서 발생하는 불순물은 연마를 통해 제거 가능하였다. 이렇게 제조된 분리막은 tantalum의 연속상이 잘 발달된 치밀구조를 보였다. 수소 해리를 위해 팔라듐 코팅을 한 Ta/YSZ 분리막을 이용하여 $200{\sim}350^{\circ}C$의 범위에서 수소투과실험을 수행하였다. $300^{\circ}C$에서 분리막에 균열이 형성되었고 Pd 코팅층은 몇 곳이 박리되었다. XRD 결과는 tantalum이 수소와 반응하여 $Ta_2H$가 생성되는 것을 보여주며, $Ta_2H$에 인한 격자 팽창이 분리막의 결함을 초래하였다.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.148-154
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• 2011

금속-세라믹 복합 분리막은 특히 석탄가스화 공정이나 메탄 개질에서 발생되는 혼합가스로부터 수소를 분리하기 위해 개발되어졌다. 수소투과 금속인 팔라듐과 세라믹 지지체로 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 이용하여 cermet 수소분리막을 제조하였다. 이렇게 제조된 분리막은 팔라듐의 연속상이 잘 발달된 치밀 구조를 보였다. Pd/YSZ 분리막의 수소 투과량은 100% 수소를 흘려 0.5~2 atm에서 측정되었다. 수소 투과량은 $450^{\circ}C$, 2 atm에서 0.333 mL/$min{\cdot}cm^2$를 보였다. 수소 투과 후 분리막의 표면과 단면에서 균열이 형성되었다.

• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.62-68
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• 2010

Cermet 분리막 제조를 위한 혼합 분말은 60 vol.% vanadium과 $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ)를 기계적으로 혼합하여 준비하였다. 혼합 분말을 원판으로 압축한 후 진공 분위기에서 $1600^{\circ}C$로 2시간동안 소결하였다. 소결 분리막은 치밀하였고, 브레이징 필러를 이용하여 스테인레스 링에 장착되었다. V/YSZ 분리막의 수소 투과량은 100% 수소를 흘려 $200{\sim}350^{\circ}C$ 범위에서 측정되었다. $350^{\circ}C$, 0.5 bar압력에서 분리막의 양 표면에 균열이 형성되었다. 투과실험 동안에 V/YSZ 분리막의 vanadium은 수소와 반응하여 $V_2H$를 생성하였으며, 이로 인해 분리막이 균열되는 것을 알 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제49권6호
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• pp.648-653
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• 2012

Hybridization of dense ceramic membranes for hydrogen separation with an electronically conductive metallic phase is normally utilized to enhance the hydrogen permeation flux and thereby to increase the production efficiency of hydrogen. In this study, we developed a nickel and proton conducting oxide ($BaCe_{0.9}Y_{0.1}O_{3-{\delta}}$: BCY) based cermet (ceramic-metal composites) membrane. Focused on the general criteria in that the hydrogen permeation properties of a cermet membrane depend on its microstructural features, such as the grain size and the homogeneity of the mix, we tried to optimize the microstructure of Ni-BCY cermets by controlling the fabrication condition. The Ni-BCY composite powder was synthesized via a solid-state reaction using $2NiCO_3{\cdot}3Ni(OH)_2{\cdot}4H_2O$, $BaCeO_3$, $CeO_2$ and $Y_2O_3$ as a starting material. To optimize the mixing scale and homogeneity of the composite powder, we employed a high-energy milling process. With this high-energy milled composite powder, we could fabricate a fine-grained dense membrane with an excellent level of mixing homogeneity. This controlled Ni-BCY cermet membrane showed higher hydrogen permeability compared to uncontrolled Ni-BCY cermets created with a conventionally ball-milled composite powder.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.264-270
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• 2010

Recently, the most promising methods for high purity hydrogen production are membranes separation such as polymer, metal, ceramic and composites. It is well known that Pd and Pd-alloys membranes have excellent properties for hydrogen separation. However, it has hydrogen embrittlement and high cost for practical applications. Therefore, most scientists have studied new materials instead of Pd and Pd-alloys. On the other hand, TiN powders are great in resistance to acids and chemically stable under high operating temperature. In order to get specimens for hydrogen permeation, the TiN powders synthesized were consolidated together with Co, Ni powders by hot press sintering (HPS). During the consolidation of powders at HPS, heating rate was 10 K/min and the pressure was 10 MPa. It was characterized by XRD, SEM. Also, we estimated the hydrogen permeability by Sievert's type hydrogen permeation membrane equipment.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권5호
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• pp.477-480
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• 2014

An $Al_2O_3$-CuO-ZnO (ACZ) precursor powder was synthesized by a facial sol-gel process using a nonionic surfactant span 80 as the chelating agent to improve the surface area and morphology. When creating a hydrogen membrane, several kinds of properties are required, such as easy dissociation of hydrogen molecules, fast hydrogen diffusion, high hydrogen solubility, and resistance to hydrogen embrittlement. ACZ-Ni composite membranes (cermet) were prepared with this precursor and pure Ni powder via the hot press sintering (HPS) method. The ACZ powder was characterized by XRD, BET, and FE-SEM. Hydrogen permeation experiments were performed by Sievert's type of hydrogen permeation membrane equipment. The hydrogen permeability of ACZ/Ni 10 wt% and ACZ/Ni 20 wt% was obtained as 7.2 and $10molm^{-2}s^{-1}$ at RT, respectively. These values of the corresponding membranes were slightly increased with increasing pressures.

• 에너지공학
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• 제29권2호
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• pp.1-9
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• 2020

최근 탄화수소를 에너지원으로 사용하는 엔진을 대체할 동력원으로 연료 전지가 주목을 받게 되면서 수소 생산 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 수소를 생산하는 다양한 방법 중에 고체 산화물 수전해 시스템(SOEC)은 수소를 생산하기 위한 기초적이고, 친환경적인 방법이다. 고체 산화물 수전해 시스템은 고온, 고압 조건에서 운전이 가능하여 낮은 에너지 수요와 높은 열효율을 지니기 때문에 실험적인 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 실험적인 연구 성과에 비해 수치모델 연구는 비교적 부진하다. 이에 대한 원인으로 기존의 수치모델이 온도와 압력의 변화에 따른 성능 예측의 유효성이 상당히 낮기 때문으로 판단하였다. 이에 본 연구에서는 고체 산화물 수전해 시스템의 셀 성능 예측의 유효성을 높일 수 있는 방안을 제시하기 위해서 Patterened Ni-YSZ cermet electrode(40 wt%, Ni-60 wt% YSZ)/8-YSZ (TOSOH, TZ8Y)/LSM (La_0.9Sr_0.1MnO₃)로 구성된 상용 막-극 접합체의 기존의 연구 데이터를 활용하였다. 온도에 따른 전기화학적 특성의 영향을 수치적으로 분석한 결과, 유효성에 가장 큰 편차를 가져오는 변수들은 charge transfer coefficient(CTC), exchange current density, diffusion coefficient, electrical conductivity인 것으로 나타났다. 온도와 압력에 따른 해당 변수들의 영향 및 경향성을 분석하여 과전압 모델을 제시하였다. 다양한 모델의 적용과 타당성을 확보하기 위해서 교차-검증이 도입되었다. 그 결과, 체계화된 유효성 검증 과정에 기초한 고체 산화물 수전해 시스템의 수치 모델은 뛰어난 성능의 예측 결과를 보여주었다.