Solid oxide fuel cell(SOFC) makes electric power using hydrogen or reformed from methane and emits high temperature products that contain flammable species like hydrogen, carbon monoxide and methane which varies with operation condition. SOFC/gas turbine integrated system which uses thermal and chemical energy of the discharges is more efficient than SOFC itself. Burning character of the SOFC products will affect the efficiency and stability of the system. Experiments were conducted to know the characteristics of the flame for two typical composition of SOFC products, i.e. start-up and steady state composition. When coflowing air temperature was higher than $600^{\circ}C$, auto-ignitin occurred for both fuels. Though start-up fuel has higher contents of hydrogen, it makes longer flame than steady state composition. It was inferred that the amount of oxidizer necessary to burn makes this phenomenon. Steady state composition fuel was unstable since it contains lots of water. Nozzle that had 6 holes, distance between each hole was 16.7 times of hole diameter, improved the stability of the flame.
Park, Sang-Kyun;Lee, Joo-Hee;Park, Geong-Dae;Choi, Jae-Hyuk
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.7
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pp.765-772
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2015
In this research, the characteristics of SOFC/GT (Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine) system temperature, stack power and system efficiency for flow rates of air, CH4 and water supplied to SOFC stack have been investigated. The temperature of the gas supplied to cathode and anode of SOFC stack in the SOFC/GT system are maintained by utilizing exhaust gas without the addition of external heat source. As a result, within the scope of this study, temperatures of gas supplied to cathode and anode of SOFC stack were maintained at 1000 (K) by utilizing the exhaust gas of the SOFC/GT system without the addition of external heat source. The system efficiency is increased with increase of air flow rate supplied to the stack and with decrease of $CH_4$ flow rate supplied to the stack. In addition, it can be found that the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine had a significant effect on the system efficiency. And the efficiencies of SOFC stack and SOFC/GT system depending upon various operating conditions of the SOFC/GT system is 51~57% and 57~73%, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.62-67
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2007
Optimization of cathode properties for intermediate temperature-operating SOFC (IT-SOFC) is carried out by using composite-type electrode structure in this study. Composite cathode may lower cathode overpotential by enhancing mixed ionic-electronic conductivity. In this study, particularly, LSM/YSZ, LSF/YSZ, LSCF/CGO, and PSC/CGO were selected as cathode materials. LSM/YSZ composite cathode showed the best performance of about 0.9${\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. It is inferred that the resistance is mainly affected by the reactivity between cathode and electrolyte which can cause the formation of resistive phases. Area specific resistance (ASR) characteristics were not changed significantly with decreasing sintering temperature of cathode, because reaction sites were increased even with worse adhesion of cathode on electrolytes.
A performance analysis of a SOFC/MGT hybrid system has been carried out for concept design. Thermo-dynamic models for each component being able to describe electrochemical characteristics and heat and mate-rial balance are proposed. Estimated is the power capacity of a SOFC suitable for the hybrid operation with a 5kW class MGT. Effects of current density and operating pressure are also investigated. Electric efficiency showed weak dependence on operating pressure and current density. It is desirable that the SOFC operates at high current density in manufacturing cost's point of view though operating with high current density slightly decreases the electric efficiency find specific power.
This work involves a method for modeling the flow distribution in the stack of a solid oxide fuel cell. Towards this end, a three dimensional modeling of the flow through a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) stack was carried out using the CFD analysis. This paper examines the efficacy of using cold flow analysis to describe the flow through a SOFC stack. It brings out the relative importance of temperature effect and the mass transfer effect on the SOFC manifold design. Another feature of this study is to utilize statistical tools to ascertain the extent of uniform flow through a stack. The results showed that the cold flow analysis of flow through SOFC might not lead to correct manifold designs. The results of the numerical calculations also indicated that the mass transfer across membrane was essential to correctly describe the cathode flow, while only temperature effects were sufficient to describe the anode flow in a SOFC.
Gi Hoon Hong;Sunghyun Uhm;Hyungjune Jung;Sungwon Hwang
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.28
no.1
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pp.1-10
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2024
In this study, we constructed a process simulation model for an agricultural by-products based Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) combined heat and power generation system as part of the introduction of technology for energy self-sufficiency in the agricultural sector. The aim was to reduce the burden of increasing fuel and electricity consumption due to rapid fluctuations in international oil prices and the expansion of smart farming in domestic farms, while contributing to the national greenhouse gas reduction goals. Based on the experimental results of 0.3 ton/day torrefied agricultural by-product gasification experiment, a model for an agricultural by-product-based SOFC cogeneration system was constructed, and optimization of the heat exchange network was conducted for SOFC capacities ranging from 4 to 20 kW. The results indicated that an 8 kW agricultural by-product-based SOFC cogeneration system was optimal under the current system conditions. It is anticipated that these research findings can serve as foundational data for future commercial facility design.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.3
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pp.241-246
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2012
A layered planer SOFC module was designed from planar-type SOFC. It was prepared by multi-layered ceramic technology. To form the cathode and the anode in the layered structure, reliable channels should be made on the both side of electrolyte perpendicularly. However, monolithic SOFC using multi-layered ceramic technology hasn't been studied another group, and the warpage of electrolyte in the channel, also, hasn't been studied, when electrode is printed on the electrolyte. In this study, the channels are prepared with electrode printing, and their warpage are evaluated. In the case of YSZ without electrode, the warpages are nothing in the limit of measurement using optical microscope. The warpage of 'YSZ-NiO printed' increases than that of 'NiO printed', and also, the case of 'double electrode printed' is similar to 'YSZ-NiO printed'. It is thought that, in the printed electrolyte, the warpage is related to the difference of the sintering behavior of each material.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.1
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pp.40-50
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2012
The electrification of the waste heat of stack is necessary to enhance the efficiency of fuel cell system. For this purpose, the hybrid SOFC/GT/ST system is suitable. The purpose of this work is to predict the performance of methane fueled SOFC/GT/ST hybrid power system and to analyze the influence of operating temperature of stack, current density of stack, and gas turbine pressure ratio. According to the analysis, it is proved that the SOFC/GT/ST hybrid system suppress the rapid decrease in efficiency and lead to the significant improvement of efficiency as compared with SOFC system.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.7
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pp.552-557
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2012
In this study, we have coated the inner surface of YSZ channel using LSM powder ink through depressurization process for making the cathode of a stacked planar-type SOFC module. To coat the surface of YSZ channel uniformly, we tried to find the optimum manufacturing condition for LSM ink. We used four different dispersants (BYK series) and two different solvents (ethanol and DMF) to make the LSM ink. It was revealed that the ink made with the ethanol solvent and the BYK-111 dispersant has the lowest viscosity, relatively low contact angle and most excellent dispersibility. After depressurizing a chamber filled with LSM ink and sintered YSZ channel, we have found that the YSZ channel was uniformly coated with LSM cathode. The LSM ink with 25 vol% BYK-111 showed the most uniform coating.
Effect of interconnect structure on the cell performance in anode-supported tubular solid oxide fuel cell (SOFC) has been investigated in this study, employing the Fluent CFD solver. For the robust and reliable theoretical analysis corroborating experimental results, it is of great importance to elucidate the role of interconnect which is electrically connected with electrodes on the cell characteristics. From the fact that the thin interconnect provides the enhanced cell performance, it is revealed that the interconnect thickness is a key parameter that is able to effectively control the ohmic resistance. Under the constant thickness condition, the cell performance does not considerably change with the variation of interconnect width. This is because the current passage along with circumferential direction is not effectively altered by the change of interconnect width in tubular SOFC system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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