• 제목/요약/키워드: NiO-YSZ

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박막 테이프캐스팅과 동시소성에 의한 연료극 지지형 SOFC 단전지 제조 (Fabrication of Anode-Supported SOFC Single Cells via Tape-Casting of Thin Tapes and Co-Firing)

  • 문환;김선동;현상훈;김호성
    • 한국세라믹학회지
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    • 제43권12호
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    • pp.788-797
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    • 2006
  • An anode-supported SOFC single cell having $5{\mu}m$ thin electrolyte was fabricated cost-effectively by tape casting, laminating, and co-filing of anode (NiO-YSZ), cathode (LSM-YSZ), and electrolyte (YSZ) components. The optimal slurry compositions of the green tapes for SOFC components were determined by an analysis of the mean diameter, the slurry viscosity, the tensile strength/strain of the green tapes, and their green microstructures. The single cells with a dense electrolyte and porous electrodes could be co-fired successfully at $1325\sim1350^{\circ}C$ by controlling the contents of pore former and the ratio of coarse YSZ and fine YSZ in the anode and the cathode. The single cell co-fired at $1350^{\circ}C$ showed $100.2mWcm^{-2}$ of maximum power density at $800^{\circ}C$ but it was impossible to apply it to operate at low temperature because of low performance and high ASR, which were attributed to formation of the secondary phases in the cathode and the interface between the electrolyte and the cathode.

연료극 지지체식 고체산화물 연료전지용 고성능 공기극 제조 및 특성 연구 (Preparation and Characteristics of High Performance Cathode for Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell)

  • 송락현
    • 전기화학회지
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    • 제8권2호
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    • pp.88-93
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    • 2005
  • 고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 $8mol\%\;V_2O_3$로 안정화된 $ZrO_2(YSZ)$ 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YSZ(LY)$ 복합체, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$를 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, $3\%$수분을 함유한 수소와 공기로 $800^{\circ}C$ 이하에서 단전지의 성능을 평가하였다 작동온도 $800^{\circ}C$에서, $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$의 다층이 코팅된 전지가 $590mW/cm^2$로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, $0.244{\Omega}cm^2$로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.

YBCO 초전도체 증착을 위한 [001]-축이 기울어진 Ni 기판의 제작 (Fabrication of Ni substrates with [001]-axes tilted textures for depostion of YBCO superconductor)

  • 김호섭;이재승;염도준
    • 한국초전도학회:학술대회논문집
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    • 한국초전도학회 1999년도 High Temperature Superconductivity Vol.IX
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    • pp.95-98
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    • 1999
  • The crystalline alignment of Ni substrates textured by RABiTS have a probability distribution in the surface plane. This makes it difficult to obtain a high quality of textures over all the range of a long Ni tape. In order to improve the textures of Ni tape, we have investigated a new method of texturing. We obtained non-cube textured Ni tapes by rolling and annealing a high purity Ni. In these tapes, the [001]-axes were tilted around the rolling direction, and the [100]-axes were parallel to the rolling direction. The average grain size was several cm$^2$. We deposited buffer layer (CeO$^2$/YSZ/CeO$^2$) and YBCO on those tapes. We found out that a YBCO film with grows normal with respect to the surface and this feature is independent of the tilting angles of the Ni [001]-axes.

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마이크로 원통형 SOFC 제작 및 특성평가 (Fabrication and Evaluation Properties of Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs))

  • 김환;김완제;이종원;이승복;임탁형;박석주;송락현;신동열
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제50권4호
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    • pp.749-753
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    • 2012
  • 본 연구에서는 마이크로 원통형 SOFC 지지체의 특성을 평가하기 위해 직경 3 mm의 연료극 지지체를 제조하여 지지체의 미세구조를 분석하고, 기계적 강도 및 가스투과도를 측정하였다. 다공성 연료극 지지체의 표면과 파단면의 미세구조를 분석하기 위해 SEM (Scanning Electron Microscope)을 이용하였다. 지지체의 가스투과도는 차압계를 이용하여 50, 100, 150 cc/min의 유량에서 측정하였으며, 기계적 강도는 만능 시험기를 이용하여 측정하였다. 마이크로 원통형 연료극 지지체의 기본적인 물성 평가 후 NiO-YSZ, YSZ, YSZ-LSM/LSM/LSCF로 구성된 마이크로 SOFC 단위전지를 제조하였으며, 반응온도와 연료 유량별로 성능평가를 수행하여 $800^{\circ}C$에서 $1095mW/cm^2$의 출력이 얻어짐을 확인하였다. 또한, 반응 온도에 따른 전기화학적 임피던스 특성평가를 통하여 온도가 높아질수록 전해질 이온전도도가 증가되어 ohmic 저항이 감소되고 그에 따라 마이크로 관형 SOFC 셀 성능이 증가함을 확인할 수 있었다.

일축가압/스크린인쇄 공정에 의해 제조된 음극지지형 SOFC의 출력특성 (Power Generating Characteristics of Anode-Supported SOFC fabricated by Uni-Axial Pressing and Screen Printing)

  • 정화영;노태욱;김주선;이해원;고행진;이기춘;이종호
    • 한국세라믹학회지
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    • 제41권6호
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    • pp.456-463
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    • 2004
  • 음극지지형 SOFC의 성능을 향상시키기 위해 단전지 제조공정을 개선하고 그 출력특성을 평가하였다. 액상응결 공정(Liquid Condensation Process : LCP)과 일축가압성형공정을 통하여 NiO/YSZ 복합체 음극기판을 제조하고 위에 YSZ 전해질을 스크린 인쇄한 후 140$0^{\circ}C$에서 3시간동안 동시소결하여 음극/전해질 기판을 제조하였다. 또한 LSM/YSZ 양극층은 임피던스 분석을 통해 분극저항이 최소가 되는 조성 및 열처리 조건을 선택하여 스크린 인쇄법을 이용해 구성하였고 이러한 적층공정을 거쳐 최종적으로 5${\times}$5와 l0${\times}$10 $\textrm{cm}^2$ 크기의 단전지를 제조하였다. 제조된 단전지의 출력특성을 측정한 결과 5${\times}$5와 10${\times}$10 단전지는 80$0^{\circ}C$에서 약 0.45W/$\textrm{cm}^2$ 와 0.22 W/$\textrm{cm}^2$의 최대출력밀도를 각각 나타내어 선행연구에서 기존공정으로 제조된 단전지에 비해 2배 이상 향상된 좋은 성능을 나타내었다.

Fabrications of YBCO Coated Conductors Using Tilted Single Crystalline Nickel Tapes

  • Kim, Ho-Sup;Yoo, Ja-Eun;Jung, Kook-Chae;Youn, Do-Jun
    • Progress in Superconductivity
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    • 제2권1호
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    • pp.33-38
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    • 2000
  • Ni tapes were textured by taking advantage of their secondary recrystallization. The obtained 18cm long tapes had textures of single crystalline qualities with their [001] axes tilted with respect to the surface and their [010] axes parallel to the rolling direction. The reproducibility of this texturing was checked by taking statistics on the crystal orientations of 24 Ni tapes. $YBCO/CeO_2/YSZ/CeO_2$ films grown on the Ni tape had the same crystalline orientations. Magnetic field dependent I-V relations were measured on a 5cm section of the tape. $J_c$ defined by $20{\mu}V/mm$ criterion was $1.5\times10^5A/cm^2$ at 77K under zero field and was reduced by $\sim$50% under the applied magnetic field of 5T.

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전자빔 물리증착을 이용한 고체 산화물 연료전지의 제조 : I. YSZ 박막 전해질의 제조 (Fabrication of Solid Oxide Fuel Cells with Electron Beam Physical Vapor Deposition: I. Preparation of Thin Electrolyte Film of YSZ)

  • 김형철;구명서;박종구;정화영;김주선;이해원;이종호
    • 한국세라믹학회지
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    • 제43권2호
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    • pp.85-91
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    • 2006
  • Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) was applied to fabricate a thin film YSZ electrolyte with large area on the porous NiO-YSZ anode substrate. Microstructural and thermal stability of the as-deposited electrolyte film was investigated via SEM and XRD analysis. In order to obtain an optimized YSZ film with high stability, both temperature and surface roughness of substrate were varied. A structurally homogeneous YSZ film with large area of $12\times12\;cm^2$ and high thermal stability up to $900^{\circ}C$ was fabricated at the substrate temperature of $T_s/T_m$ higher than 0.4. The smoother surface was proved to give the better film quality. Precise control of heating and cooling rate of the anode substrate was necessary to obtain a very dense YSZ electrolyte with high thermal stability, which affords to survive after post heat treatment for fabrication a cathode layer on it as well as after long time operation of solid oxide fuel cell at high temperature.

YSZ 첨가 페라이트 매체상에서 메탄으로부터 합성 가스 및 수소의 단계적 생산 (Stepwise Production of Syngas and Hydrogen from Methane on Ferrite Based Media Added with YSZ)

  • 제한솔;차광서;김홍순;이영석;박주식;김영호
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제21권1호
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    • pp.50-57
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    • 2010
  • Stepwise production of syn-gas and hydrogen from methane on ferrite based media added with yttria-stabilized zirconia (YSZ) was carried out using a fixed bed infrared reactor. In this study, all M-ferrite (M=Co, Cu, Mn and Ni) media were prepared by co-precipitation method, and there the YSZ was added as a binder to improve thermal stability, reactivity, and resistance against carbon deposition. Most of the ferrite media containing YSZ showed the good redox property for temperature programmed reduction/oxidation (TPR/O) tests. Notably, the Cu-substituted ferrite medium with YSZ showed the great resistance against carbon deposition as well as the good reactivity for the stepwise production of syngas and hydrogen. Furthermore, it also showed the good durability without significant deactivation during five repeated cyclic tests.