• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.533-539
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• 2010

Ni-YSZ supported button cells were prepared by spray-coating YSZ and screen-printing YSZ-LSM powder as an electrolyte and oxygen electrode on Ni-YSZ cermet disks. In order to identify the polarization loss mechanism in high temperature electrolysis current-voltage characteristics coupled with electrochemical impedance spectroscopy were investigated as a function of temperature, current load, and the humidity. The effects of the different current collectors of platinum and silver for oxygen electrodes were compared. With Ag current collector two polarization losses were distinguished. The high frequency component was attributed to the Ni-YSZ cermet which was less susceptible to temperature variation but increasing in loss with humidity. The lower frequency component was attributed to the LSM electrode. Platinum current collector led to a much lower polarization loss.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권12호
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• pp.733-739
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• 2007

NiO-YSZ anode-supported single cell was prepared by spin-coating YSZ and LSM slurries as electrolyte and cathode, respectively. Dense YSZ electrolyte film was successfully prepared on the porous NiO-YSZ anode substrate by tuning pre-sintering temperature of NiO-YSZ and co-firing temperature. The thickness of YSZ film was controlled by the solid content of slurry and coating cycles. The experimental conditions affecting on the thickness of YSZ film was discussed. Single cells with the active electrode area ${\sim}0.8\;cm^2$ were prepared by spin-coating the cathode layers of LSM-YSZ mixture and LSM consequently as well. The effects of the pre-sintering temperature and thus the microstructure of NiO-YSZ substrate on the current-voltage characteristics of co-fired cell were investigated.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권3호
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• pp.241-248
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• 2003

고체산화물 연료전지용 음극소재로 사용되는 다공성 NiO-YSZ 소재의 강도를 향상시키기 위하여 $Y_2$O$_3$첨가제의 양 및 기공전구체로 첨가되는 탄소첨가제의 종류를 변화시켰으며, 이에 따른 기계적 강도와 기공율, 전기전도도를 측정하였다. $Y_2$O$_3$첨가제의 양은 8 mol%와 10 mo1%로 각각 변화시켰으며, 기공전구체는 활성탄과 카본블랙의 영향을 고찰하였다. 그 결과 카본블랙을 기공전구체로 사용하였을 경우 활성탄을 사용한 경우에 비해 기계적 강도가 크게 향상되었으며, 상대적으로 고온의 소결온도에서 제조된 10 mo1%의 $Y_2$O$_3$가 첨가된 NiO-YSZ 음극소재가, 8 mol%가 첨가된 소재에 비하여 상대적으로 우수한 강도를 나타내었다. 10 mo1%의 $Y_2$O$_3$와 카본블랙이 첨가된 음극소재는 전기전도도 값에 있어서도 $700^{\circ}C$~100$0^{\circ}C$의 온도범위에서 $10^2$~$10^3$S/cm의 양호한 값을 나타내는 것으로 평가되었다.

• 한국재료학회지
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• 제14권10호
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• pp.743-748
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• 2004

Modified Ni/YSZ cermets for high temperature electrolysis were synthesized by the direct ball milling of Ni and YSZ powder. The ball milling was carried out in dry process and in ethanol with varying milling time. While the dry-milling decreased the average size from 65 to $80{\mu}m$, the wet-milling decreased the average size down to $10{\mu}m$. In addition, very fine particles less than $0.1{\mu}m$ were observed in the wet-milling condition. The subsequent process of cold-pressing and sintering at $900^{\circ}C$ for 2 h did not affect the particle size of dry-milled powder. The electrical conductivity of the dry-milled Ni/YSZ cermet showed the value of $5{\times}10^{2}\;S/cm$ and this value was increased to $1.4{\times}10^{4}\;S/cm$ after the sintering at $900^{\circ}C$ for 2 h.

• 공업화학
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• 제25권2호
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• pp.198-203
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• 2014

본 연구에서는 Ni metal foam 플레이트의 수증기 개질반응 및 표면 특성을 조사하였다. 전처리를 통하여 Ni의 산화상태를 변화시킬 수 있었으며, 활성 site로서 표면에 노출된 metallic Ni 종은 수증기 개질 반응활성에 중요한 역할을 한다. 또한 Ni metal foam 플레이트의 기공제어 및 촉매 기능을 부여하기 위하여 Ni metal foam 플레이트와 Ni-YSZ 촉매를 혼합하여 다공성 촉매 분리막을 제조하였다. SEM 분석 결과 metal foam 플레이트의 기공을 제어할 수 있었으며, 표면에 Ni-YSZ 촉매는 고르게 잘 분포되어 있었다. Ni 기반 다공성 촉매 분리막은 공간속도에 상관없이 상용촉매와 유사한 수증기 개질 활성을 가진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.128-128
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• 1999

산소이온 전도체로 잘 알려진 Yttira-Stabilizd Ziroconia(TSZ)는 연료전지, oxygen pumps, chemical gas sensor 등 다양한 electrochemical divices에 이용되는 고체 전해질의 하나이다. 특히 YSZ는 oxygen 및 oxygen과 평형상태에 있는 gas들을 검출하는 sensor의 electrolyte로서 가장 많이 쓰이고 있다. 현재 상용화되어 있는 YSZ Sensor는 전통적인 bulk 형태의 ceramic으로 제작된 것으로 충분한 ionic conductivity를 얻기 위해서는 $600^{\circ}C$이상의 operating temperature를 필요로 하나 YSZ를 박막으로 제조시 낮은 operating temperature를 뿐만 아니라 sensor의 소형화, 낮은 ohmic loss 및 다양한 응용이 가능한 장점을 가질 수 있다. 본 실험에서는 산소 이온 전도체로서 8mol%-YSZ 고체전해질을 RF-magnetron bias sputtering 법을 이용하여 증착하였다. 제조된 YSZ 박막을 이용한 산소감응 센서셀 구조는 SiO2/Ni-NiO/Pt/YSZ/Pt-기판이다. 센서셀의 정상상태에서의 기전력(electromotive force ; EMF)을 산소분압(Po:1.013$\times$103Ta ~1.013$\times$105Pa)과 측정온도(30$0^{\circ}C$~$700^{\circ}C$)를 변화시키며 측정하였다. 이론적인 기전력과 측정값 사이의 편차는 Po:1.565$\times$104Pa 이하의 산소분압에서는 컸지만 이 이상의 분압에서는 이론치에 근접한 값을 가졌다. 증착한 YSZ와 Ni-NiO 박막의 구조는 X-ray diffractometer(XRD)를 이용하여 결정구조를 알아 보았고, TSZ 박막의 표면 morphology 관찰은 Scanning electron microscopy(SEM) 이용하였다. 박막의 조성분석은 X-ray energy dispersive analysis(EDX)을 사용하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제11권4호
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• pp.336-345
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• 2020

Nickel-doped lanthanum cobalt oxide (LaCo_1-xNi_xO_3-δ, LCN) was investigated as an alternative anode material for solid oxide fuel cells. To improve its catalytic activity for steam methane reforming (SMR) reaction, Ni²⁺ was substituted into Co³⁺ lattice in LaCoO₃. LCN anode, synthesized using the Pechini method, reacts with yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte at high temperatures to form an electrochemically inactive phase such as La₂Zr₂O₇. To minimize the interlayer by-products, the LCN was coated via a double-tape casting method on the Ni/YSZ anode as a catalytic functional layer. By increasing the Ni doping amount, oxygen vacancies in the LCN increased and the cell performance improved. CH₄ fuel decomposed to H₂ and CO via SMR reaction in the LCN functional layer. Hence, the LCN-coated Ni/YSZ anode exhibited better cell performance than the Ni/YSZ anode under H₂ and CH₄ fuels. LCN with 12 mol% of Ni (LCN12)-modified Ni/YSZ anode showed excellent long-term stability under H₂ and CH₄ conditions.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.813-818
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• 2008

고체 산화물 연료전지(SOFC)에서 Ni/YSZ 음극 촉매를 이용한 내부 개질 반응 시 코크 형성에 의한 촉매 비활성화 문제점을 개선하기 위해 음극에 여러가지 조촉매(Ce, Co, Cu, Cr, Mn, Pd, K, $K_2Ti_2O_5$)들을 첨가하여 그 영향을 조사하였다. $H_2O/CH_4=1.5$ 몰비, 800의 반응 조건하에서 수증기 개질 반응을 행한 결과 전이금속산화물들은 코크형성을 억제하는 효과가 없었고 메탄전환율도 오히려 감소하였다. Potassium을 담지한 Ni/YSZ의 경우는 초기에는 뚜렷한 코크형성 억제 효과가 있었으나 반응 후 42시간이 지나면 휘발에 의한 Potassium함량 감소로 급격한 촉매활성의 저하가 일어났다. 격자 구조에 Potassium이 내장된 $K_2Ti_2O_5$를 5% 혼합한 Ni/YSZ의 경우에는 장기간 운전에도 반응 활성이 줄어들지 않아서 음극 촉매의 코크 억제용 첨가제로 적용될 수 있음을 알았다. 반응시간에 따른 촉매의 비활성화는 촉매 표면에서의 graphidic carbon의 생성 때문으로 밝혀졌다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.525-530
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• 2019

고체산화물 연료전지의 성능과 안정성은 전극의 기공률, 기공 분포와 전해질의 치밀도, 두께에 따라 결정 된다. 연료극의 기공률과 기공 분포는 활성면적와 연료 흐름에 영향을 주고, 전해질의 치밀한 미세구조와 두께는 단위전지의 Ohmic 저항에 영향을 준다. 하지만 이를 위해 값 비싼 공정 장비를 이용하거나 여러 단계의 제작 공정이 추가 될 경우 단위전지 제작비가 증가하므로 상업화를 목표로 하는 연구에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상용 소재 기반의 NiO-YSZ 연료극을 선정 후 간단한 혼합 방법 및 일축가압 성형법과 담금코팅(dip coating) 공정을 사용하여 저비용 고효율의 세라믹 공정 기반의 고성능 단위전지를 제작하였다. 연료극의 기공률은 기공형성제로서 사용되는 카본 블랙(CB, carbon black)의 첨가량(10~20 wt%)과 최종 소결온도($1350{\sim}1450^{\circ}C$)를 변경하며 제어하였고, YSZ 전해질의 두께와 미세구조는 담금코팅 슬러리의 고상 분말량(YSZ, 1~5 vol%)을 제어하여 치밀한 박막의 전해질을 구현하고자 하였다. 그 결과 Ni-YSZ 연료극에서 최적의 값으로 잘 알려진 40%의 기공률은 카본 블랙을 15 wt% 첨가하고최종소결온도를 $1350^{\circ}C$로설정함으로써얻을수있었다. 담금코팅을통한 YSZ 두께는 $2{\sim}28{\mu}m$까지 제어가 가능하였고, 3 vol%의 고상분말량에서 치밀한 전해질 미세구조가 형성되었다. 최종적으로 40%의 기공률을 갖는 Ni-YSZ 연료극, $20{\mu}m$ 두께의 치밀한 YSZ전해질, LSM-YSZ 공기극으로 구성된 단위전지는 $800^{\circ}C$에서 $1.426Wcm^{-2}$의 우수한 성능을 얻을 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제43권4호
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• pp.247-252
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• 2006

Joining Yittria Stabilized Zirconia (YSZ) to NiCr metal was fabricated using YSZ/NiCr Functionally Graded Materials (FGM) Interlayer by hot pressing process. Microscopic observations demonstrate that the composition and microstructure of YSZ/NiCr FGM distribute gradually in stepwise way, eliminating the macroscopic ceramic/metal interface such as that in traditional ceramic/metal joint. The thermal characteristics of this YSZ/FGM/NiCr joint were studied by thermal shock testing and therml barrier testing. Thermal shock test was conducted by gas burner rig. Acoustic Emission (AE) monitoring was performed to analyze the microfracture behavior during the thermal shock test. It could be confirmed that FGM was the excellent performance of thermal shock/barrier resistance at above $1000^{\circ}C$.