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

• 공업화학
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• 제10권5호
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• pp.754-760
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• 1999

직접 내부개질형 MCFC용 촉매의 반응 전과 후의 특성분석을 ICP, BET, CHN, EDS, $H_2$ 화학흡착 분석을 통하여 수행하였다. 반응을 거치는 동안 탄산염 전해질의 구성 성분인 K와 Li가 촉매에 전달되고, 그 누적량은 단위전지 내의 위치에 따라 입구, 출구, 중간 순으로 감소하였다. 알칼리 전달량 증가에 따라 BET 표면적과 Ni 분산도가 감소하고 촉매 표면에 증착된 알칼리 탄산염 물질이 존재하는 것으로부터, 촉매 표면상에 존재하는 알칼리성분의 물리적 피복이 촉매 활성을 감소시키는 중요한 원인임을 확인하였다. SEM 분석 결과, 입구, 중간, 출구 순으로 알칼리 성분의 표면 피복율이 감소하였으나, 실제 메탄에 대한 수증기 개질반응의 촉매활성은 출구부분 촉매가 입구나 중간 부분 촉매보다 낮은 활성을 보임으로써, 알칼리 탄산염의 물리적 피복에 의한 활성감소 이외의 다른 화학적 피독 요인이 존재함을 예측하였고, 이를 FT-IR 분석을 통해 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권6호
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• pp.641-648
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• 2011

고온 발전용 연료전지인 MCFC의 연료극에서 방출되는 미반응 가스를 촉매연소의 열원으로 사용하고, 촉매연소 반응에 의해 발생한 열을 개질 반응에 필요한 공급열로 이용하는 통합형 촉매연소-개질 반응기에 있어서 MCFC의 운전 조건 변경에 따른 반응기의 열적 거동과 반응 특성을 실험적으로 연구하였다. 특히, 연료극에서 연료 이용률을 변동될 때 슬립가스의 조성이 바뀌는 것을 고려하여 촉매연소측에 공급해줄 혼합가스의 조성을 실험조건으로 설정하였다. 또한 개질측에서는 S/C(수증기/탄소)의 비를 운전조건의 변동 조건으로 설정하였다. 실험적으로 얻어진 데이터는 보다 현실적인 통합형 촉매연소-개질반응기를 설계하고 제작하는데 필요한 기본 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 신재생에너지
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• 제1권1호
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• pp.64-71
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• 2005

The stability of alumina-coated NiO cathodes was studied in $Li_{0.62}/K_{0.38}$ molten carbonate electrolyte. Alumina was effectively coated on the porous Ni plate using galvanostatic pulse plating method. The deposition mechanism of alumina was governed by the concentration of hydroixde ions near the working electrode, which was controlled by the temperature of bath solution. Alumina-coated NiO cathodes were formed to $A1_2O_3-NiO$ solid solution by the oxidation process and their Ni solubilities were were than that of NiO up to the immersion time of 100h. However, their Ni solubilities increased and were similar to that of the bare NiO cathode after 100h. It was because aluminum into the solid solution was segregated to $\alpha-LiAlO_2$ on the NiO and its Product did not Play a role of the Physical barrier against NiO dissolution.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.143-149
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• 2012

용융탄산염 연료전지 상용화를 위해서 40,000 시간이상 장기 운전이 가능해야 한다. 장기운전을 위해 크랙 발생이 적고 기계적 강도가 높은 강화 매트릭스의 개발이 절실히 요구되고 있다. 본 연구에서는 $LiAlO_2$에 알루미늄 나노입자를 첨가하여 매트릭스의 기계적 강도를 향상시키는 연구를 수행하였다. 나노 알루미늄 첨가 $LiAlO_2$ 그린 시트를 수소 분위기에서 열처리한 결과, 공기 분위기에서 열처리한 매트릭스에 비해 기계적 강도가 1.5배 증가함을 확인하였다. 이는 환원분위기에서 열처리를 할 경우, 알루미늄의 입자간의 소결으로 인한 neck이 형성 되어 $LiAlO_2$ 입자 간에 다리를 만들어주는 효과가 나타나 매트릭스의 기계적 강도가 크게 증진되었으리라 판단된다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제10권6호
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• pp.2256-2261
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• 2015

In the power plant using high temperature fuel cells such as Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC), and Solid Oxide Fuel Cell(SOFC), the generated electric power per area of power generation facilities is much higher than any other renewable energy sources. - High temperature fuel cell systems are capable of operating at MW rated power output. - It also has a feature that is short for length of the line for connecting the interior of the generation facilities. In normal condition, these points are advantages for voltage drops or power losses. However, in abnormal condition such as fault occurrence in electrical system, the fault currents are increased, because of the small impedance of the short length of power cable. Commonly, to minimize the thermal-mechanical stresses on the stack and increase the systems reliability, we divided the power plant configuration to several banks for parallel operation. However, when a fault occurs in the parallel operation system of power main transformer, the fault currents might exceed the interruption capacity of protective devices. In fact, although the internal voltage level of the fuel cell power plant is the voltage level of distribution systems, we should install the circuit breakers for transmission systems due to fault current. To resolve these problems, the SFCL has been studied as one of the noticeable devices. Therefore, we analyzed the effect of application of the SFCL on bus tie in a fuel cell power plants system using PSCAD/EMTDC.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.53-63
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• 1995

차세대의 새로운 발전방식인 용융탄산염형 연료전지 시스템개발 사업중 실용 스택개발을 위하여 전극유효연적이 $100cm^2$ 인 단위전지를 10단 적층한 Cross Flow형 MCFC스택을 제작하고 2성능측정설비를 구성하여 장기운전시험을 실시하였다 연료로는 $H_2/CO_2/H_2O$의 비율을 72%/18%/10% 로 조성한 가스를 이용하고 산화제가스로는 $O_2/CO_2$ 및 $Air/CO_2$ 비율이 33%/67%, 70%/30%가 되는 가스를 이용하여 운전할때의 초기성능 및 15A($150mA/cm^2$) 정부하 상태에서의 장기운전시험시의 전압 강하율을 조사하였다. 운전시간 310시간이 경과된 후의 스택전압은 8.39V이었고 이때의 출력은 125.8W를 보여주었다. 한편 1845시간이 경과한후 공기를 산화제로 이용하는 경우 전압은 6.95V로서 출력 104W를 나타내고 있다. 초기성능치에 의한 에너지 변환효율은 이용율이 40%인 경우 29.65%이었고 80%로 증가하는 경우 약 51.5%가 된다. 1840시간의 경과한때 까지의 전압 강하율은 약 52.4mV/1000hr로서 이전의 스택보다는 전압강하율이 감소되고 있으며 스택의 성능 저하의 주요한 요인은 개회로 전압의 저하로 내부단락동에서 기인하는 것으로 여겨진다. 또한 장기운전사 스택내부에서의 단위전지 전압분포가 균일하지 않음을 알 수 있어 이에 대한 개선을 필요로 한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.657-666
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• 2022

국제해사기구(IMO)는 국제해운 분야의 온실가스(Green House Gas, GHG) 감축을 위하여 각국의 기술 개발 및 에너지 효율성 제고에 관한 정책 시행을 적극적으로 권장하고 있다. 이러한 IMO의 환경규제와 관련된 정책들은 해운 분야 전반에 큰 영향을 미치고 있으며, 선주들에게도 막대한 부담으로 작용하고 있다. 선박에서 발생하는 GHG 배출을 억제하기 위한 가장 합리적인 방안은 탄소제로배출(Zero Emission) 선박의 개발로 귀결된다. 즉 친환경 연료로 추진하는 연료전지선박(Fuel Cell Ship, FCS)의 개발이 IMO의 규제를 벗어날 수 있는 대안인 것이다. 아시아, 북미, 유럽 등의 각국에서는 독자적으로 PEMFC를 개발 및 생산하여 국제공인등록 기관으로부터 형식승인인증을 획득함으로써 국제표준화의 선점을 추구하고 있다. 현재 다양한 연료전지(Fuel Cell, FC) 중에서 선박용으로 권장하는 것은 크게 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 용융 탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등의 세종류가 있다. 본 연구에서는 글로벌 FC 시장에서 지속적인 성장이 예상되는 PEMFC를 대상으로 하여 국내외 개발 동향, 제조업체별 규격, 성능 및 선박에 적용한 실증적 사례를 분석하였다. 그리고 PEMFC를 선박에 적용할 경우, 고려해야 할 사항과 개발 방향에 관하여 제안하고자 하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제46권3호
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• pp.282-287
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• 2009

Rod-shaped particle reinforced $LiAlO_2$ matrices for MCFC were fabricated by an aqueous tape-casting technique. The hydrolysis reaction and agglomeration of $\gamma-LiAlO_2$ particles in aqueous slurries were inhibited by additions of $LiOH{\cdot}H_2O$ and glycerin to the aqueous $\gamma-LiAlO_2$ slurry. The tape-casting, performed using the aqueous slurry containing protein albumin, was fast and led to an effective drying at casting temperature range of $60{\sim}65^{\circ}C$. The strength of the particle reinforced matrix was improved about 4 times compared to that of matrix without reinforcement. Pore size distribution ($0.1{\sim}0.4{\mu}m$) and porosity ($50{\sim}60%$) of the reinforced matrices were determined to be appropriate for the MCFC matrix. The aqueous tape casting process is not only environmental-friendly but also efficient for fabricating MCFC matrices compared to non-aqueous tape casting.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 13th KACG Technical Meeting `97 Industrial Crystallization Symposium(ICS)-Doosan Resort, Chunchon, October 30-31, 1997
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• pp.69-74
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• 1997

MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell) Ni anode의 기계적 특성을 개선시키기 위해서 Ni-W복합재료를 기계적 합금법으로 제조하였다. 기계적 합금화한 분말을 XRD, SEM으로 관찰한 후 두께 1mm, 직경 8mm의 원반형으로 성형하였다. 소결은 120$0^{\circ}C$의 수소 분위기내에서 10시간 행하였다. 이렇게 제조한 시편의 절단된 면을 연마하여 SEM 및 EDX로 관찰하였으며 XRD로써 성분분석 하였다. 기계적 합금화 시간이 증가함에 따라 불충격에 의한 결정립 미세화가 이루어졌으며 80시간 기계적 합금시 재료의 규칙적인 결정이 파괴되어 비결정질화 되었다. 기계적합금으로 Ni 기지내에 균일하게 분포된 W은 분산강화효과를 통해 Ni anode의 기계적 특성을 개선시킬 것으로 기대된다.