• 대한기계학회논문집B
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• 제34권8호
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• pp.767-774
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• 2010

수동공기공급형 고분자 전해질 연료전지는 팬을 이용하여 주변의 공기를 스택에 공급한다. 공급된 공기는 연료로 쓰이는 동시에 스택의 냉각에도 사용된다. 이러한 방식은 시스템에서 가습기, 공기 압축기, 냉각수 설비를 제거할 수 있어서 시스템을 단순화 시키고 경량화 시킬 수 있는 반면 냉각성능은 기존의 냉각수를 이용하는 방식에 비하여 떨어진다. 따라서 시스템의 신뢰성 확보를 위하여 최적의 냉각 성능을 낼 수 있도록 스택을 설계하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지 스택의 냉각성능 향상을 위하여 다양한 채널 형상, 공기극의 유량분포, 외부 대류열전달계수의 변화가 스택의 온도분포에 미치는 영향에 대한 전산해석을 수행하였다. 그 결과, 채널의 rib이 두꺼운 경우에 냉각성능이 가장 뛰어났으며 유량을 중앙부에 집중시킨 경우에 고온집중 현상이 감소하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.27-34
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• 2023

고체 산화물 연료전지의 연료로 암모니아를 사용하는 것은 고효율, 환경 친화성, 보관 및 운송의 용이성으로 인해 주목받고 있다. 암모니아 활용 SOFC 시스템의 효율을 더욱 높이려면 시스템의 비효율적인 구성 요소를 이해해야 하며 이를 위해 엑서지 분석을 수행하였다.본 연구에서는 단순 연료전지 시스템(FC), 연료극 재순환 시스템(RC-FC) 및 수분 제거 재순환 시스템(RC-WR-FC)의 세 가지 시스템에 대해 엑서지 분석을 수행하였다. FC, RC-FC 및 RC-WR-FC의 엑서지 효율은 각각 48.7%, 51.6% 및 58.4%이었으며, 세 시스템 모두에서 SOFC 스택은 엑서지 파괴의 주요 원인이었다. 또한 버너, 공기 열 교환기 및 냉각기/응축기와 같이 낮은 효율을 가진 부품들을 재구성한다면 효율을 높일 수 있다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제5권4호
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• pp.129-136
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• 2006

High temperature corrosion behavior of AISI-type 316L stainless steel for the MCFC(molten carbonate fuel cell) bipolar application was studied by immersion test and penetration attack method in anode environment ($650^{\circ}C$, $Li_2CO_3/K_2CO_3=62/38$ mol%, $H_2/CO_2=80/20$ vol%) without or with different $CaCO_3$ content. Not only immersion test method but also morphological observation of samples in the carbonate melts are adopted as experimental methods. With aid of the morphological observation of cross section of samples immersed in a carbonate melt was possible to obtain penetration attack. The concentration effect of $CaCO_3$ inhibitor was investigated in order to verify the optimum concentration for practical application in MCFC stack operation. The corrosion rate in the presence of $CaCO_3$ was proven to be decreased as a function of $CaCO_3$ concentration. The corrosion rate in the presence of $CaCO_3$ was measured with a value of 6.9 mpy which is 2.4 times lower than that of inhibitor-free electrolyte. The cross section microscopy revealed that the internal penetration by oxidation in molten carbonate is very severe. In this case, the attack was occurred not only dissolution loss in the electrolyte by corrosion reaction but also weight gain through oxide layer by internal penetration.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권6호
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• pp.582-588
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• 2013

고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고성능과 신뢰성을 확보하기 위해 온도제어기가 설계되어야 하고 시스템에 적용하기 전 제어기의 성능이 검증되어야 한다. 본 연구에서는 많은 비용과 시간을 필요로하는 전통적인 제어기 성능 검증 방식 대신에 Hardware-In-the-Loop Simulation 방식을 활용한 성능 검증 시스템을 개발하였고 고체산화물형 연료전지 시스템에 대한 온도제어기의 성능을 검증하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권4호
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• pp.589-593
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• 2016

미생물연료전지(Microbial Fuel Cell; MFC)는 전기화학활성미생물로 불리는 미생물을 촉매로 이용하여, 유/무기물의 산화환원 반응을 통해서 전기에너지를 생산할 수 있는 장치이다. 단일 MFC에서 발생하는 낮은 전기생산량을 극복하기 위해, 다수의 형태의 MFC를 직렬 또는 병렬로 연결하는 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 6개의 단위 막전극접합체(Separator Electrode Assembly; SEA)로 구성된 침지평판형과 직립평판형 MFC 스택을 운전하였다. 단위 MFC와 MFC 스택의 전기발생량을 비교하였으며, 이를 통해서 MFC의 최적 스택기술을 확보하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 모든 SEA가 산화전극부를 공유하고 있는 침지평판형 MFC의 경우, 직렬과 병렬을 함께 사용할 경우, 단일 연결 방식을 사용하는 것보다 전압의 손실이 더 크게 나타났으며, 단일 연결방법 중 병렬연결 하는 것이 손실을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 직립평판형 MFC의 경우, 산화전극부를 공유하고 있는 SEA만 직렬 연결할 경우에는 전압의 손실이 크게 나타났으며, 산화전극부를 공유하고 있는 SEA간에 병렬 연결 후, 병렬 연결된 SEA를 직렬연결하는 방식이 전압의 손실을 최소화 할 수 있을 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.386-392
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• 2018

Fuel cells are known as eco - friendly energy facilities that can use heat energy and electric energy at the same time. Fuel cells are classified according to the temperature and material used, and solid oxide fuel cell (SOFC) is relatively high temperature ($700-800^{\circ}C$). SOFC requires a hot box consisting of a high temperature stack, a reformer, a burner, and the heat exchangers in order to use energy efficiently. The hot box needs to maintain heat insulation performance at high temperature to reduce heat loss. However, Fibrous insulation, which is widely used, needs to be improved because it has a disadvantage that the thermal conductivity is rapidly increased due to the increase of temperature. Therefore, this study was carried out to develop a thermal insulation, which is applied to multiple layers insulation (MLI) technic, that can be used under SOFC operating conditions and prevent a drastic drop in thermal conductivity at high temperature. The developed insulation is consist of a thermally conductive material, a spacer, and a reflective plate. The thermal conductivity of the insulation was measured by in the thermal conductivity measuring device at high temperature range. As a result, it was confirmed that the developed layers insulation have an good thermal conductivity (0.116 W/mK) than fibrous insulation (0.24 W/mK) as a radiation shielding effect at a high temperature of 1,173 K.

• 한국세라믹학회지
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• 제49권1호
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• pp.11-18
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• 2012

The characteristic features of solid oxide fuel cells are reviewed from the viewpoint of the thermodynamic variables to be developed inside cells/stacks particularly in terms of gradients of chemical potential, electrical potential and temperature and corresponding flows of air, fuel, electricity and heat. Examples of abrupt destruction of SOFC systems were collected from failures in controlling their steady flows, while continuous degradation was caused by materials behaviors under gradients of chemical potentials during a long operation. The local equilibrium approximation has been adopted in NEDO project on the durability/reliability of SOFC stacks/systems; this makes it possible to examine the thermodynamic stability/reactivity as well as mass transfer under the thermodynamic variable gradients. Major results of the NEDO project are described with a focus on degradation/deterioration of electrolyte and electrode materials.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.92.1-92.1
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• 2011

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC contains a significant amount of combustible components like hydrogen, carbon monoxide and methane according to fuel utilization ratio of the fuel cell stack. Thus, it is important to fully burn anode off-gas and utilize the generated heat in order to increase system efficiency and reduce emissions as well. In the present study, 25 kW catalytic combustor has been developed for the application to a load-following 300kW MCFC system. Mixing and combustion characteristics have been experimentally investigated with the catalytic combustor. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple catalysts having different structures and compositions. Results show that the exhaust emissions are highly dependent on the catalyst loading and the ratio of catalytic components. Test results at load-following conditions are also shown in the present study.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.68-76
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• 2021

Climate change problems occur during the use of fossil fuel and the process of biogas production. Research continues to convert carbon dioxide and methane, the major causes of climate change, into high-quality energy sources. in order to present the performance potential for the novel plasma-recuperative burner reformer, the reforming characteristics for each variable were indentified. The optimal operating condition of was an O2/C ratio of 1.0 and a total gas supply of 20 L/min. At this time, CH4 conversion was 64%, H2 selectivity was 39%, and H2/CO ratio was 1.13, which were the results applicable to the solid oxide fuel cell fuel stack for RPG, or Residential Power Generator. Recirculation of reformed gas increases the amount of H2 and CO, which are combustible gases, especially the amount of H2. As a result, the H2 selectivity is improved, and high-quality gas can be produced.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.74.2-74.2
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• 2010

전세계는 $CO_2$ 규제강화와 에너지의 효율적 사용에 대한 사회적, 경제적 요구가 증대되면서 친환경 에너지 설비와 지능형 전력망(smart grid)가 크게 예상되고 있다. 이에 따라 기존 내연기관에 근거한 발전산업 및 자동차 산업은 필연적으로 청정에너지 기반의 전기에너지로 점진적으로 대체될 것으로 판단된다. 따라서, 청정 발전 시스템의 보급 확대와 기존 에너지의 효율적 사용을 위해서 2차전지 기반의 전력저장 기술과 연료전지 기반의 분산발전 기술이 향후 미래에너지 산업의 근간이 되는 중요한 기술들로 부상하게 되었다. 아연/공기전지는 현재는 연료전지 개념의 1차전지에 기술수준이 머물러 있지만 향후 미래에는 기존의 리튬이온전지의 낮은 에너지밀도를 극복할 수 있는 미래 2차전지 기술의 하나로 평가받고 있다. 본 연구에서는 이러한 연료전지 개념의 아연/공기전지에 대하여 기존의 수소연료전지 기반의 분산발전 분야에 적용한다면 약 1/10 이하의 가격으로 조기에 시장진입이 가능할 것으로 판단하여 사전 타당성 연구 및 대면적화를 위한 기초 설계인자 연구를 수행하였다. 연구결과, 소형 단전지부터 약 800cm2까지의 대면적 단전지까지 대면적화를 위한 기초연구를 실시하였으며, 4개의 cell로 구성된 최고출력 90W급 전해질 순환형 미니스택 시스템을 구성하여 발전시스템으로서의 가능성과 문제점 등을 도출하였다. 이러한 시험결과를 바탕으로 25개의 cell로 구성된 약 1kW 급 스택을 설계하여 향후 소형 발전시스템을 제작하고자 하였다.