• 전기화학회지
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• 제4권2호
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• pp.58-64
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• 2001

기체/전해질/LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ 공기극이 만나는 삼상계면 (triple phase boundary) 주위에 YSZ ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) 코팅막 (coating film) 을 형성하여 추가로 삼상계면을 크게 늘린 새로운 전극 미세구조를 갖는 복합 공기극 (composite cathode) 을 개발하였다. 이 복합 공기극을 전해질 두께가 약 $30{\mu}m$인 연료극 (anode)v 지지체 위에 형성하여 $700\~800{\circ}C$의 온도에서 전류전압 특성 및 교류 임피던스 분석을 실시하였다. $800^{\circ}$, 공기 및 수소 조건에서 교류 임피던스 분석 결과 1000Hz주파수 영역을 대변하는 저항성분 R1은 연료극 분극 저항에 해당하였고 100Hz주파수 영역의 저항성분 R2는 공기극 분극 저항 성분, 그리고 10Hz이하 영역의 저항성분 R3는 전극을 통한 기체확산 저항성분으로 특히, 작동 조건인 공기 및 수소 분위기에서는 연료극 쪽 반응기체에 의한 기체확산 저항 성분임을 알 수 있었다. 전지성능 측정 결과 이 복합 공기극을 장착한 전지는 $800^{\circ}C$, 공기 및 산소 조건에서 각각 $0.55W/cm^2$ $1W/cm^2$의 높은 전지성능을 나타내었다. 전류전압 곡선은 기울기가 다른 두 구간으로 구분되었으며, 낮은 전류밀도 하에서 보이는 급격한 전압감소 구간은 공기극 분극저항이 주된 성능 저하의 원인인 반면, 높은 전류밀도 하에서 나타나는 완만한 전압 감소 구간은 전해질에 관련된 분극저항이 주된 성능 저하의 원인이었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제8권1호
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• pp.145-150
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• 1998

8mol%의 이트리아 안정화 지르코니아에 알루미나를 첨가하여 복합체를 제조하고 이때 알루미나 함량에 따른 전기 및 기계적 성질을 조사하였다. 3-점 곡강도와 파괴강도 값은 알루미나 함량이 20wt%까지 증가하였고, 복합체의 평균입자크기는 알루미나 첨가량이 증가할수록 감소하였다. 5wt%의 알루미나를 첨가하여 $1600^{\circ}C$, 2시간 유지하여 제조한 복합체의 3점 곡강도는 310MPa, 이때 파괴강도는 $7.8MPa\cdot\textrm m^{1/2}$이였다. 복합체의 전기 전도도 값은 알루미나 첨가량이 10wt%까지는 약간 증가하다가 그 이후로는 감소하였다. 알루미나 5wt% 첨가하여 $1600^{\circ}C$, 2시간 소결한 복합체의 전기 전도도는 0.4S/cm이였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.214-214
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• 2003

고체 고분자 전해질에 대한 연구는 1979년 wright와 Armand에 처음 시작된 이래로 지난 20여년간 연구가 계속적으로 지속되고 있다. 전지의 적용되기 위해 전해질이 갖추어야 할 조건중에 이온전도도가 상온에서 10-4 S/cm 이상의 전도도를 나타내야 하지만 지금까지 연구되고 있는 여러 고체 고분자 전해질은 이런 조건을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이런 상온에서의 이온 전도성을 향상시키기 위해 여러 종류의 실리카와 세라믹 계열의 첨가제를 첨가하여 이온전도성의 향상을 꾀하고자 하였다. 본 연구에서는 고체 고분자 전해질의 host polymer로써 분자량 400,000 의 Polyethylene oxide를 사용하였으며 Lithuim salt로는 Lithium (bisperfluroethylsulfonyl)imide(3M)를 기본적으로 사용하였다. 여기에 가소제의 역활로써 (3-cyanopropyl)methylsiloxane cyclics를 첨가하였고 표면그룹이 CH3와 OH기로 이루어진 기능성 나노 실리카를(<11nm)이용하여 함량별 전기 화학적 특성 및 기본 물성을 측정하였다. 기본적으로 이 네 가지 물질을 유기용매 Acetonitril에 잘 용해하여 Solid Casting방법으로 80-100 마이크로의 복합고분자 전해질을 제조하였다. Homogeneous하고 uniform한 필름 제조하기 위해 9$0^{\circ}C$에서 열처리를 24h 동안 실시하였다. 제조되어진 복합고분자전해질은 XRD를 통하여 결정성을 조사하였고 DSC를 이용하여 유리 전이온도 및 결정화도를 조사하였다. 복합고체고분자의 전기화학적 성질을 평가하기 위해 blocking electrode를 제작하여 임피던스 스펙트로 스코피를 이용하여 이온전도성을 측정하였다. 또한 복합 고분자 전해질의 온도의존성에 대해서도 조사하였다. 또한 실제 전지의 작동구간에서의 전해질의 안정성을 확인하기 위해 LSV를 측정하였고. Li metal을 사용하여 non-blocking electrode를 제작하여 복합고분자 전해질과의 계면저항을 측정하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권3호
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• pp.183-196
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• 2017

The research efforts directed at advancing water electrolysis technology continue to intensify together with the increasing interest in hydrogen as an alternative source of energy to fossil fuels. Among the various water electrolysis systems reported to date, systems employing a solid polymer electrolyte membrane are known to display both improved safety and efficiency as a result of enhanced separation of products: hydrogen and oxygen. Conducting water electrolysis in an alkaline medium lowers the system cost by allowing non-platinum group metals to be used as catalysts for the complex multi-electron transfer reactions involved in water electrolysis, namely the hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER, respectively). We briefly review the anion exchange membranes (AEMs) and electrocatalysts developed and applied thus far in alkaline AEM water electrolysis (AEMWE) devices. Testing the developed components in AEMWE cells is a key step in maximizing the device performance since cell performance depends strongly on the structure of the electrodes containing the HER and OER catalysts and the polymer membrane under specific cell operating conditions. In this review, we discuss the properties of reported AEMs that have been used to fabricate membrane-electrode assemblies for AEMWE cells, including membranes based on polysulfone, poly(2,6-dimethyl-p-phylene) oxide, polybenzimidazole, and inorganic composite materials. The activities and stabilities of tertiary metal oxides, metal carbon composites, and ultra-low Pt-loading electrodes toward OER and HER in AEMWE cells are also described.

• 한국세라믹학회지
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• 제45권12호
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• pp.755-759
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• 2008

New cathode materials $LaNi_{1-x}{Cu_x}{O_3}$ (typically $LaNi_{0.8}Cu_{0.2}O_3$) were synthesized using a co-precipitation method. The structure and morphology of the powders were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The composite material [$Ce_{0.8}Sm_{0.2}O_{2-\ddot{a}}$(SDC) and carbonate (${Na_2}{CO_3},{Li_2}{CO_3}$)], NiO and $LaNi_{1-x}{Cu_x}{O_3}$ were used as the electrolyte, anode and cathode, respectively. The electrochemical performance of La-Ni-Cu-O perovskite oxide at low temperatures ($400{\sim}550^{\circ}C$) was studied. The results showed that $LaNi_{0.8}Cu_{0.2}O_3$ precursor powder prepared through a co-precipitation method and calcined at $860^{\circ}C$ for 2 h formed uniform grains with diameters in the range of $400{\sim}500\;nm$. The maximum power density and the short circuit current density of the single cell unit at $550^{\circ}C$ were found to be $390\;mW/cm^2$ and $968\;mA/cm^2$, respectively.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.97-102
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• 2022

Lithium sulfur (Li-S) batteries have attracted considerable attention as a promising candidate for next-generation power sources due to their high theoretical energy density, low cost, and eco-friendliness. However, the poor electrical conductivity of sulfur and its insoluble discharging products (Li₂S₂/Li₂S), large volume changes, severe self-discharge, and dissolution of lithium polysulfide intermediates result in rapid capacity fading, low Coulombic efficiency, and safety risks, hindering Li-S battery commercial development. In this study, a three-dimensionally (3D) connected hierarchical porous carbon framework (HPCF) derived from waste sunflower seed shells was synthesized as a sulfur host for Li-S batteries via a chemical activation method. The natural 3D connected structure of the HPCF, originating from the raw material, can effectively enhance the conductivity and accessibility of the electrolyte, accelerating the Li⁺/electron transfer. Additionally, the generated micropores of the HPCF, originated from the chemical activation process, can prevent polysulfide dissolution due to the limited space, thereby improving the electrochemical performance and cycling stability. The HPCF/S cell shows a superior capacity retention of 540 mA h g^-1 after 70 cycles at 0.1 C, and an excellent cycling stability at 2 C for 700 cycles. This study provides a potential biomass-derived material for low-cost long-life Li-S batteries.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.562-566
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• 2012

본 논문에서는 세그먼트 관형 고체산화물 연료전지(SOFC)의 설계 및 제작과 특성 분석을 다루고 있다. 관형 세라믹 지지체는 압출 공정을 통하여 제작하였으며, NiO-YSZ 연료극과 YSZ 전해질은 담금 코팅법을 통해 세라믹 지지체에 코팅하였다. 코팅된 세라믹 지지체를 $1,350^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리하였으며, $10{\mu}m$ 미만의 치밀하고, 균열이 없는 YSZ 전해질 층을 얻을 수 있었다. 또한 열처리된 세라믹 지지체에 LSM-YSZ/LSM/LSCF로 구성된 다층 구조 공기극을 담금법으로 코팅하여 $1,150^{\circ}C$에서 열처리하였다. 세라믹 관형 지지체에 코팅된 세그먼트 SOFC 셀은 Ag-glass 연결재를 사용하여 전기적으로 직렬 연결하였으며, 수소연료 유량과 운전 온도에 따른 세그먼트 SOFC의 성능 변화를 측정하였다.

• 전기화학회지
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• 제8권2호
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• pp.88-93
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• 2005

고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 $8mol\%\;V_2O_3$로 안정화된 $ZrO_2(YSZ)$ 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YSZ(LY)$ 복합체, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$를 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, $3\%$수분을 함유한 수소와 공기로 $800^{\circ}C$ 이하에서 단전지의 성능을 평가하였다 작동온도 $800^{\circ}C$에서, $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$의 다층이 코팅된 전지가 $590mW/cm^2$로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, $0.244{\Omega}cm^2$로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.283-287
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• 2007

한국에너지기술연구원에서는 중온 ($700{\sim}800^{\circ}C$) 작동용 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택을 구성하는 단위 번들을 개발했다. 연료극 지지체 평관형 셀은 Ni/YSZ 서밋 연료극 지지체 튜브, 8몰% $Y_2O_3$ stabilized $ZrO_2$ (YSZ) 전해질, $LaSrMnO_3$ (LSM)과 LSM-YSZ composite 및 $LaSrCoFeO_3(LSCF)$로 구성된 다중층 공기극으로 구성됐다. 제조된 연료극지지체 평관형 셀은 유도 브레이징 법에 의해 페리틱 (ferritic) 금속 캡에 접합됐고, 공기극의 전류집전을 위해 공기극 외부에 Ag 선 및 $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_3(LSCo)$ paste를 이용했으며, 연료극의 전류집전은 Ni felt, wire, 그리고 paste를 이용했다. 단위 번들을 만들기 위한 연료극 지지체 평관형 셀의 반응 면적은 셀 당 $90\;cm^2$ 이었으며, 2개의 셀이 병렬로 연결되어 1개의 단위 번들이 됐고, 총 12개의 단위 번들이 직렬로 연결되어 스택을 구성한다. 공기 및 3%의 가습된 수소를 산화제 및 연료로 사용한 단위 번들의 운전 결과 최대 성능은 $800^{\circ}C$에서 $0.39\;W/cm^2$의 출력이 나타났다. 본 연구를 통해 연료극 지지체 평관형 SOFC 셀의 기본 기술과 KIER 만의 독특한 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택을 구성하는 단위 번들의 개념을 확립할 수 있었다.