Double-layered polymer electrolyte membranes were prepared from two different sulfonated poly(aryl ether sulfone) copolymers by the two-step solution casting method for direct methanol fuel cells (DMFC). Sulfonation degrees were adjusted 10% (SPAES-10) and 50% (SPAES-50) by controlling monomer ratios, and the weight ratios of SPAES-10 copolymer were varied in the range of 5~20% to investigate the effect of thickness of coating layers on the membranes. Proton conducting layers were fabricated from SPAES-50 solutions of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) by a solution casting technique, and coating layers formed on the semiliquid surface of the conducting layer by pouring of SPAES-10-NMP solutions onto. It was found that double-layered polymer electrolyte membrane could significantly reduce the methanol crossover through the membrane and maintain high proton conductivities being comparable to single-layered SPAES-50 membrane. The maximum power density of membrane-electrolyte assembly (MEA) at the condition of $60^{\circ}C$ and 2 M methanol-air was $134.01\;mW/cm^2$ for the membrane prepared in the 5 wt-% of SPAES-10 copolymer, and it was corresponding to the 105.5% of the performance of the commercial Nafion 115 membrane.
Anode-supported solid oxide fuel cell (SOFC) was investigated to increase the cell power density at intermediate temperature through control of the cathode structure. The anode-supported SOFC cell were fabricated by wet process, in which the electrolyte of $8mol\%\;Y_2O_3-stabilized\;ZrO_2 (YSZ)$ was coated on the surface of anode support of Ni/YSA and then the cathode was coated. The cathode has two- or three- layered structure composed of $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YS$ composite (LY), and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$ with different thickness. Their single cells with different cathode structures were characterized by measuring the cell performance and ac impedance in the temperature range of 600 to $800^{\circ}C$ in humidified hydrogen with $3\%$ water and air. The cell with $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$ showed best performance of $590mW/cm^2$, which was attributed to low polarization resistance due to LY and to low interfacial resistance due to LSCF.
The purpose of this study is to investigate the properties of LSGM electrolyte and LSM cathode. The unit cell based on the optimum conditions and processing for high performance was fabricated and measured. The single phase of $LaGaO_3$ was obtained on sintering at $1500^{\circ}$ for 6h with composition of $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}와 (La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ and $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$. The grain size of the sintered body was about $10∼30{\mu}m$ and electrical conductivity was 0.13 S/cm measured at $800^{\circ}$. The single phase of $LaMnO_3$ structure in $(La1-xSrx)MnO_3$ system was obtained at x=0∼0.2 and the particle size of the synthesized powder was about 40 nm. The unit cell was prepared by firing at $1200^{\circ}$ for 1h with $(La_{0.9}Sr_{0.1})MnO_3$ cathode and 0.9NiO-0.1YSZ anode screen-printed on surfaces of $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ electrolyte. The grain size of the electrode was close to $1{\mu}m$ and the electrode had porous structure. The maximum power density of unit cell showed $0.3W/cm^2$ at $800^{\circ}$.
In the present paper, the dynamic force-moment equilibrium equations, driving power and energy equations are analyzed to formulate the equation for fuel economy(km/liter) equivalent to the driving distance (km) divided by the fuel volume (liter) of the vehicle, a selected model of gasoline powered KIA K3 (1.6v). In addition, the effects of the dynamic parameters such as speed of vehicle (V), vehicle total weight(M), rolling resistance ($C_r$) between tires and road surface, inclined angle of road (${\theta}$), as well as the aerodynamic parameters such as drag coefficient ($C_d$) of vehicle, air density(${\rho}$), cross-sectional area (A) of vehicle, wind speed ($V_w$) have been analyzed. And the possibility of alternative materials such as lightweight metal alloys, fiber reinforced plastic composite materials to replace the conventional steel and casting iron materials and to reduce the weight of the vehicle has been investigated by Ashby's material index method. Through studies, the following results were obtained. The most influencing parameters on the fuel economy at high speed zone (100 km/h) were V, the aerodynamic parameters such as $C_d$, A, ${\rho}$, and $C_r$ and M. While at low speed zone (60 km/h), they are, in magnitude order, dynamic parameters such as V, M, $C_r$ and aerodynamic ones such as $C_d$, A, and ${\rho}$, respectively.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.3
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pp.485-492
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2021
The wind turbines with a rated capacity of 50kW or less are generally considered as small class. Small wind turbines are an attractive alternative for off-grid power system and electric home appliances, both as stand-alone application and in combination with other energy technologies such as energy storage system, photovoltaic, small hydro or diesel engines. The research objective is to develop the 50kW scale wind turbine blades in ways that resemble as closely as possible with the construction and methods of utility scale turbine blade manufacturing. The mold process based on wooden form is employed to create a hollow, multi-piece, lightweight design using carbon fiber and fiberglass with an epoxy based resin. A hand layup prototyping method is developed using high density foam molds that allows short cycle time between design iterations of aerodynamic platforms. A production process of five blades is manufactured and key components of the blade are tested by IEC 61400-23 to verify the appropriateness of the design. Also, wind system with developed blades is tested by IEC 61400-12 to verify the performance characteristics. The results of blade and turbine system test showed the available design conditions for commercial operation.
The performance of enzymatic fuel cells that convert chemical energy contained in various organic molecules such as sugar, alcohol, organic acids, and amino acids into electrical energy is greatly affected by the cathode as well as the anode. This study aimed to develop a laccase-based cathode with high performance. An enzyme composite composed of an laccase, redox mediator, and carbon nanotubes was immobilized on the surface of electrode in multiple layers, and the effect of the number of layers and the presence or absence of carbon nanotubes on electrode performance was investigated. As the number of layers of the enzyme-mediator (Lac-(PVI-Os-dCl)) on the electrode surface increased, the amount of reduction current generated at the electrode increased. The enzyme-carbon nanotube-mediator composite electrode (Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)) generated a current 1.7 times greater than that of the Lac-(PVI-Os-dCl). It was found that the largest amount of current (10.1±0.1 µA) was generated in the electrode composed of two layers of Lac-(PVI-Os-dCl) and two layers of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) in the evaluation of electrodes with different ratio of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) and Lac-(PVI-Os-dCl). The maximum power density of the cell using the cathode composed of a single layer of Lac-(PVI-Os-dCl) and the cell using the optimized cathode were 0.46±0.05 and 1.23±0.04 µW/cm2, respectively. In this study, it was demonstrated that the performance of cathode and the enzymatic fuel cell using the same can be improved by optimizing the layers of composites composed of laccase, redox mediator, and carbon nanotubes on the electrode surface.
Panasenko, A.E.;Shichalin, O.O.;Yarusova, S.B.;Ivanets, A.I.;Belov, A.A.;Dran'kov, A.N.;Azon, S.A.;Fedorets, A.N.;Buravlev, I. Yu;Mayorov, V. Yu;Shlyk, D. Kh;Buravleva, A.A.;Merkulov, E.B.;Zarubina, N.V.;Papynov, E.K.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.9
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pp.3250-3259
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2022
A new approach to the use of rice straw as a difficult-to-recycle agricultural waste was proposed. Potassium aluminosilicate was obtained by spark plasma sintering as an effective material for subsequent immobilization of 137Cs into a solid-state matrix. The sorption properties of potassium aluminosilicate to 137Cs from aqueous solutions were studied. The effect of the synthesis temperature on the phase composition, microstructure, and rate of cesium leaching from samples obtained at 800-1000 ℃ and a pressure of 25 MPa was investigated. It was shown that the positive dynamics of compaction was characteristic of glass ceramics throughout the sintering. Glass ceramics RS-(K,Cs)AlSi3O8 obtained by the SPS method at 1000 ℃ for 5 min was characterized by a high density of ~2.62 g/cm3, Vickers hardness ~ 2.1 GPa, compressive strength ~231.3 MPa and the rate of cesium ions leaching of ~1.37 × 10-7 g cm-2·day-1. The proposed approach makes it possible to safe dispose of rice straw and reduce emissions into the atmosphere of microdisperse amorphous silica, which is formed during its combustion and causes respiratory diseases, including cancer. In addition, the obtained is perspective to solve the problem of recycling long-lived 137Cs radionuclides formed during the operation of nuclear power plants into solid-state matrices.
Jin-Man Kim;Sang-Chul Shin;Kyoung-Nam Min;Ha-Seog Kim
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.1
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pp.55-61
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2023
This study aims to develop CLSM fill material for emergency restoration using landfill coal ash. As a result of examining physical properties such as particle size distribution and fines content of landfill coal ash, bottom ash, fly ash, and general soil were mixed, and SP was found to have a density of 2.03 and a residual particle pass rate of 7.8 %. CLSM materials that secure fluidity in unit quantities without using chemical admixtures such as glidants and water reducing agents have a high risk of material separation due to bleeding. As a result of this experiment, it was found that the bleeding ratio did not satisfy the standard in the case of the specimen with a large amount of fly ash and a lot of addition of mixing water. As a result of the compressive strength test, the strength development of 0.5 MPa or more for 4 hours was found to be satisfactory for the specimens using hemihydrate gypsum with a unit binder amount of 200 or more, and the remaining gypsum showed poor strength development. Although it is judged that landfill coal ash can be used as a CLSM material, it is necessary to identify and apply the physical and chemical characteristics of coal ash buried in the ash treatment plant of each power generation company.
Hyung Soon Kim;Jun Ho Kim;Su In Mo;Gwang Seon Park;Jeong Woo Yun
Korean Chemical Engineering Research
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v.61
no.2
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pp.296-301
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2023
Solid oxide fuel cell has received more attention recently due to the fuel flexibility via internal reforming. Commonly used Ni/YSZ anode, however, can be easily deactivated by carbon coking in hydrocarbon fuels. The carbon deposition problem can minimize by developing alternative perovskite anode. This study is focused on improving conductivity and catalytic activity of the perovskite anode by introducing rGO (reduced graphene oxide). Sr0.92Y0.08TiO3(SYT) anode with perovskite structure was synthesized with 1wt% of rGO. The presence of rGO during anode fabricating process and cell operation is confirmed through XPS and Raman analysis. The maximum power density of rGO/SYT anode improved to 3 times in H2 and 6 times in CH4 comparing to that of SYT anode due to the high electrical conductivity and good catalytic activity for CH4.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.6
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pp.663-671
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2023
This research experimentally evaluated the recyclability of four varieties of lignocellulosic fly ash(FA), a by-product from three power plants employing lignocellulosic biomass(Bio-SRF, wood pellets) as a fuel source. Comprehensive analyses were conducted on FA, encompassing both physical parameters (particle shape, size distribution, fineness, and density) and chemical properties(chemical composition and heavy metal content). Mortar test specimens, with FA mixing ratios ranging from 5 to 20%, were produced in compliance with KS L 5405 standards, and their flow and compressive strength were subsequently measured. The test results indicated that the four types of FA exhibited particle sizes approximately between 20~30㎛, densities around 2.3~2.5g/cm3, and a fineness range of 2,600~4,900cm2/g. The FA comprised approximately 50~90% of components such as SiO2, Al2O3, Fe2O3, and CaO, displaying characteristics akin to type-II and type-III FA of KS L 5405 standards, albeit with differences in chlorine and SiO2 content. From the mortar tests, it was observed that the compressive strength of the mortar ranged between 34~47MPa when the pellet combustion FA was mixed in proportions of 5~20%. FA, produced exclusively from the combustion of 100% lignocellulosic fuel, is assessed to possess high recyclability potential as a substitute for conventional admixtures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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