• 한국재료학회지
• /
• 제24권8호
• /
• pp.434-442
• /
• 2014

Serious environmental problems have been caused by the greenhouse effect due to carbon dioxide($CO_2$) or nitrogen oxides($NO_x$) generated by the use of fossil fuels, including oil and liquefied natural gas. Many countries, including our own, the United States, those of the European Union and other developed countries around the world; have shown growing interest in clean energy, and have been concentrating on the development of new energy-saving materials and devices. Typical non-fossil-fuel sources include solar cells, wind power, tidal power, nuclear power, and fuel cells. In particular, organic solar cells(OSCs) have relatively low power-conversion efficiency(PCE) in comparison with inorganic(silicon) based solar cells, compound semiconductor solar cells and the CIGS [$Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$] thin film solar cells. Recently, organic cell efficiencies greater than 10 % have been obtained by means of the development of new organic semiconducting materials, which feature improvements in crystalline properties, as well as in the quantum-dot nano-structure of the active layers. In this paper, a brief overview of solar cells in general is presented. In particular, the current development status of the next-generation OSCs including their operation principle, device-manufacturing processes, and improvements in the PCE are described.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
• /
• pp.3049-3052
• /
• 2008

MCFC(molten carbonate fuel cell) power generation system is prime candidate for the utilization of fossil based fuels to generate ultra clean power with a high efficiency. In the MCFC power plant system, a combustor performs a role to supply high temperature mixture gases for cathode and heat for reformer by using the stack off-gas of the anode which includes a high concentration of $H_2O$ and $CO_2$. Since a combustor needs to be operated in a very lean condition and to avoid excessive local heating, catalytic combustor is usually used. The catalytic combustion is accomplished by the catalytic chemical reaction between fuel and oxidizer at catalyst surface, different from conventional combustion. In this study, a mathematical model for the prediction of internal flow and catalytic combustion characteristics in the catalytic combustor adopted in the MCFC power plant system is suggested by using the numerical methods. The numerical simulation models are then implemented into the commercial CFD code. After verifying result by comparing with the experimental data and calibrated kinetic parameters of catalytic combustion reaction, a numerical simulation is performed to investigate the variation of flow and combustion characteristics by changing such various parameters as inlet configuration and inlet temperature. The result show that the catalytic combustion can be effectively improved for most of the case by using the perforated plate and subsequent stable catalytic combustion is expected.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
• /
• 제8권4호
• /
• pp.737-743
• /
• 2013

The small-scaled onsite generators such as photovoltaic power, wind power, biomass and fuel cell belong to decarbonization techniques. In general, these generators tend to be connected to utility systems, and they are called distributed generations (DGs) compared with conventional centralized power plants. However, DGs may impact on stabilization of utility systems, which gets utility into trouble. In order to reduce utility's burdens (e.g., investment for facilities reinforcement) and accelerate DG introduction, the advanced operation algorithms under the existing utility systems are urgently needed. This paper presents the advanced voltage regulation method in power systems since the sending voltage of voltage regulators has been played a decisive role restricting maximum installable DG capacity (MaxC_DG). For the proposed voltage regulation method, the difference from existing voltage regulation method is explained and the detailed concept is introduced in this paper. MaxC_DG estimation through case studies based on Korean model network verifies the superiority of the proposed method.

• 전기화학회지
• /
• 제4권2호
• /
• pp.58-64
• /
• 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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.36-36
• /
• 2010

Currently, there are several newly developed energy resources for the future to replace petroleum resources such as hydrogen fuel cell, solar cell, wind power, and etc. Among them, solar cell has attracted a worldwide concern, because it has an enormous amount of resources. In general, a study of solar cells can be classified in to an area of bulk type and thin-film type. Inorganic solar cells based on silicon have been tremendously developed in technology and efficiency. However, since there are many lithographic steps, high processing temperature approximately $1000^{\circ}C$, and expensive raw materials, a manufacturing cost of device are nearly reaching a limit. Contrary to those disadvantages, organic solar cells can be manufactured at room temperature. Also, it has many advantages such as a low cost, easy fabrication of thin film, and possible manufacture to a large size. Because it can be made to be flexible, research and development on solar cells are actively in progress for the next generation. ever though an efficiency of the organic solar cell is low compared to that of inorganic one, a continuous study is needed. In this paper, we report optimal device structure obtained by a program simulation for design and development of highly efficient organic photovoltaic cells. we have also compared simulated results to experimental ones.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권5호
• /
• pp.584-589
• /
• 2015

잠수함 및 수중무인체계 등의 산소희박환경에서 연료전지를 통한 효과적인 전력생산을 위해서는 높은 수소저장밀도를 갖는 수소공급원이 필요하다. 디젤연료는 액체연료로서 저장 및 공급이 용이하며, 연료전지의 연료가 되는 수소의 단위질량 및 단위부피당 저장밀도가 높은 장점을 갖고 있다. 이러한 디젤연료의 장점을 기반으로 본 연구에서는 산소희박환경에서 수소생산을 위해 디젤연료의 개질반응을 이용하였으며, 산화제로 단위부피당 산소 저장밀도가 높고 액상으로 보관이 용이한 과산화수소 수용액을 기존의 산화제인 물과 산소의 대체산화제로 이용하는 방법을 제안하였다. 과산화수소 수용액의 디젤개질 산화제로써의 특성을 파악하기 위해 물, 공기 산화제와의 비교실험을 진행하였으며, 기존의 산화제와 디젤 개질반응 시 동일한 특성을 갖는 것을 실험적으로 확인하였다. 또한 상용디젤을 연료로 온도 및 과산화수소 수용액의 농도에 따른 개질성능을 평가하였으며, 49시간의 가속 열화실험을 통하여 디젤, 과산화수소 수용액을 이용한 수소생산의 가능성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제33권2호
• /
• pp.85-92
• /
• 2009

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are a promising technology for short-term power generation required in residential and automobile applications. Proper management of water has been found to be essential for improving the performance and durability of PEM fuel cells. This study investigated the liquid water exhaust capabilities of various flow channels having different geometries and surface properties. Three-pass serpentine flow fields were prepared by patterning channels of 1 mm or 2 mm width onto hydrophilic Acrylic plates or hydrophobic Teflon plates, and the behaviors of liquid water in those flow channels were experimentally visualized. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted to quantitatively assess the liquid water exhaust capabilities of flow channels for PEM fuel cells. Numerical results showed that hydrophobic flow channels have better liquid water exhaust capabilities than hydrophilic flow channels. Flow channels with curved corners showed less droplet stagnation than the channels with sharp corners. It was also found that a smaller width is desirable for hydrophobic flow channels while a larger width is desirable for hydrophilic ones. The above results were explained as being due to the different droplet morphologies in hydrophobic and hydrophilic channels.

• 에너지공학
• /
• 제28권3호
• /
• pp.65-79
• /
• 2019

본 연구는 산업단지 내 Gas Combined Cycle CHP와 연계 가능한 신재생에너지원을 조합하여 최적의 설비용량을 산정하고자 하였다. 특히 2013~2016년도 에너지사용계획 협의 대상 산업단지 중 집단에너지 공급대상 지역지정 연료사용량 요건은 연간 3.8만 TOE로 미달되지만, 열밀도가 $92.6Gcal/km^2{\cdot}h$로 높은 세종첨단일반산업단지를 연구 대상으로 하였다. 그리고 신재생에너지 Hybrid System 경제성 분석 프로그램인 HOMER Pro를 이용하여 연료전지와 태양광발전을 연계한 FC-PV Hybrid CHP System의 최적화 운영 모델에 대해 분석하였다. 또 CHP의 주 공급 에너지원인 열에너지에 있어, 열수요량 뿐만 아니라 우점 업종에 대한 열수요 패턴을 분석하여 연구의 신뢰도를 높이고자 하였으며, 경제성 분석을 추가하여 상대적 편익을 비교하고자 하였다. 연구 결과, 신규 조성 중인 세종첨단일반산업단지의 전체 간접열 수요는 연간 378,282 Gcal이며, 이중 제지업종이 연간 293,754 Gcal인 약 77.7%를 우점하고 있었다. 산업단지 전체 간접열 수요에 대해 단일 Combined Cycle CHP의 최적 설비용량은 30,000 kW로, 이때 열생산은 CHP가 275,707 Gcal, 72.8 %를 분담하고, 첨두부하보일러 PLB가 103,240 Gcal, 27.2 %를 분담하는 것으로 분석되었다. 그리고 CHP와 연료전지, 태양광 조합에서는 최적 설비용량이 각 30,000 kW, 5,000 kW, 1,980 kW이며, 이때 열생산은 Combined Cycle CHP가 275,940 Gcal, 72.8%, 연료전지가 12,390 Gcal, 3.3%, PLB가 90,620 Gcal, 23.9%를 분담하였다. 여기서 CHP 용량이 감소하지 않은 것은, CHP 용량 감소에 따른 부족한 열 생산량에 대해 PLB의 과다한 운전이 요구되는 경제적이지 못한 대안이 도출되었기 때문이었다. 한편 우점 업종인 제지업종의 간접열 수요에 대해서는 Combined Cycle CHP, 연료전지, 태양광 조합의 최적 설비용량은 25,000 kW, 5,000 kW, 2,000 kW로, 이때 열생산은 CHP 225,053 Gcal, 76.5%, 연료전지 11,215 Gcal, 3.8%, PLB가 58,012 Gcal, 19.7%를 분담하는 것으로 분석되었다. 그러나, 현행 전력시장 및 가스시장에서의 경제성 분석결과는 모두 투자비 회수가 불가능한 것으로 확인 되었다. 다만, 우점 업종인 제지 업종만을 대상으로 CHP와 연료전지, 태양광을 조합한 CHP Hybrid System이 단일 CHP System에 대해 연간 약 93억원의 경영여건을 개선시킬 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제33권4호
• /
• pp.255-263
• /
• 2009

The most concerning issue of these days is the energy crisis caused by increasing threat of dependence on imported oil and volatile market trend. Under these circumstances, the PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) is drawing attention for the next generation's car which could give a chance to decrease the dependence on imported oil and reduce the environmental impact of vehicle. The fueling cost of PHEV, one of the core factor of decision about buying car, should be calculated in the circumstances of Korea to make sure that PHEV has competitive power in real market. The fuel cost saving of PHEV versus CV(conventional vehicle) is simulated and discussed in the condition of increasing gasoline cost, electricity rate, and city-gas rate. In conclusion, the PHEV60-FS shows the best economic feasibility when gasoline price goes up. The PHEV20 has the most stable economic feasibility as electricity rate increases. The fuel cell cogeneration system for RPG could be an alternative for charger of PHEV in the near future.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 B
• /
• pp.1161-1162
• /
• 2006

본 논문은 3[kW]급 연료전지와 연료전지의 저전압$[40{\sim}60[Vdc]$)을 승압(380vdc)하기 위한 풀-브리지 DC-DC 컨버터, 그리고 승압된 링크전압을 교류 상용전압(220[Vac], 60[Hz)으로 변환하기위한 단상 풀-브리지 인버터로 구성된 연료전지 발전용 전력변환시스템 중 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터를 제안하였다. 제안한 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터는 변압기 2차측에 배전류 정류회로를 삽입하여 기존의 고주파 변압기 보다 간단하면서 무게 및 부피를 줄였다. 그리고 위상 천이 PWM 제어로 출력 전압을 가변시켜 영전압 스위칭을 달성 함으로써 스위칭 손실을 줄였으며. 효율을 95%이상 달성 하였다.