• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.4
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• pp.341-347
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• 2010

In this study, the efficiency of a solid-oxide fuel cell (SOFC) system with a steam reformer or prereformer was analyzed under various conditions. The main components of the system are the reformer, SOFC, and water boiling heat recovery system. Endothermic and exothermic reactions occur in the reformer and SOFC, respectively. Hence, the thermal management of the SOFC system greatly influences the SOFC system efficiency. First, the efficiencies of SOFC systems with a steam reformer and a prereformer are compared. The system with the prereformer was more efficient than the one with steam reformer due to less heat loss. Second, the system efficiencies under various prereformer operating conditions were analyzed. The system efficiency was a function of the heat requirement of the system. The efficiency increased with an increase in the operating temperature of the prereformer, and the maximum system efficiency was observed at $450^{\circ}C$ for a S/C of 2.0.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1998.05a
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• pp.259-263
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• 1998

SOFC가 실제 발전 목적으로 사용되려면 SOFC의 성능 및 수명의 향상과 아울러 발전 목적에 따른 대용량화가 요구된다. 분산형 전원으로 SOFC를 사용하게 될 경우 수백 kW 이상의 발전 용량이 요구되며, 이러한 대형 SOFC 발전 시스템은 수십 ㎾급 SOFC를 기본 단위로 하여 이들을 서로 연결함으로써 구성 가능하다. 평판형 SOFC의 대형화는 기본적으로 개별 전지의 전극 면적을 확대하여 출력 전류를 증가시키고, 단위 전지를 여러 단 적층하여 출력 전압을 증가시킴으로써 가능해 진다. (중략)

• New & Renewable Energy
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• v.2 no.2 s.6
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• pp.44-49
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• 2006

본 연구는 독일 율리히 연구소에서 도입된 면적 200mm*200mm의 연료극 지지체 평판형 SOFC 셀 및 금속 분리판 5장을 적층하여 500W급 SOFC 스택을 제작하고, 이러한 스택의 운전특성을 분석한 연구이다. 도입된 500W급 SOFC 스택은 가스터빈-연료전지 하이브리드 시스템어에 사용되는 5kW급 SOFC 스택의 예비실험을 위한 것으로서, 본 연구의 목적은 상압 운전특성을 바탕으로 외국에서 시도된 적이 없는 평판형 SOFC 스택의 가압 운전기술을 확보하는 것이다. 이러한 목적을 위해 본 연구에서는 상압형 500W급 SOFC 발전시스템에 대한 구성과 설계, 전반적인 운전 특성평가 (5셀 스택 운전, 연료 전환 $(H_2{\rightarrow}pre-reformed\;gas)$, 500 시간 연속운전 등)가 이뤄졌다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.496-497
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• 2011

고체산화물 연료전지(SOFC)는 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고, 전력뿐 아니라 물과 열이 부산물로 생성되어 활용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 다양한 연료를 사용할 수 있어 향후 대용량 발전용 연료전지에 적합한 특징을 가진다. 하지만 아직 Stack의 가격이 매우 비싸고, 실제의 Stack이 있다하더라도 연구 중의 손상 위험을 감수해야 한다. 따라서 SOFC Stack을 대신 할 수 있는 가상의 SOFC 시스템 구현을 통해, 저렴한 비용으로 실제의 SOFC 시스템과 유사한 환경을 구축하여 비교할 수 있다. SOFC Stack의 최대출력 DC 1kW급을 목표 대상으로 하여, 48V, 25A의 DC 출력이 가능한 Programmable DC Power Supply 설계 및 시리얼 통신을 이용한 인터페이스 보드를 제작하였고, SOFC Stack Modeling 및 GUI 구성을 하였다. 구현된 SOFC 시뮬레이터를 통해 상용의 인버터를 이용한 계통출력 전력과 실제 Stack 실험결과 비교로, 제작한 시스템이 향 후 SOFC 시스템을 위한 시험 및 연구에 응용 가능함을 입증하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.73-76
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• 2006

본 연구에서는 독일 율리히 연구소에서 도입된 면적 200mm*200mm의 연료극 지지체 평판형 SOFC 셀 및 금속 분리판 40장을 적층하여 5kW급 SOFC 스택을 제작하고 연속운전을 수행하여 운전특성을 분석했다. 본 연구를 통해 도입된 5kW급 SOFC 스택은 외국에서 시도된 적이 없는 평판형 SOFC스택의 가압운전을 시도해 보는 것으로서, 스택의 임계압력 특성을 확인하고, 이를 바탕으로 가스터빈-연료전지 하이브리드 시스템에서의 SOFC 스택 가압 운전기술을 확보하는 것이다 이러한 목적을 위해 본 연구에서는 상압형 5kW급 SOFC 스택 운전시스템에 대한 구성과 설계, 전반적인 운전 특성평가 (40셀 스택 운전 열 사이클 시험 연료 전환 $(H_2{\rightarrow}pre-reformed\;gas)$, 1200시간 연속운전 등)가 이뤄졌다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.88.1-88.1
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• 2011

SOFC는 사용되는 셀의 디자인에 따라 튜브형, 평판형으로 구분되어진다. 평판형의 경우에는 전해질 지지형(ESC), Anode 지지형(ASC) 및 금속 지지형(MSC)로 크게 나눌 수 있다. SOFC 스택은 이와 같은 셀과 밀봉재, 집전체, 분리판의 구성요소를 여러 장으로 적층하여 이루어진다. SOFC 발전시스템은 SOFC 스택과 EBOP, MBOP로 구성되는데, SOFC 발전시스템의 상용화를 위해 선행되어야 할 것은 스택의 안정적 출력 및 신뢰성 확보이다. 즉, 셀, 밀봉재, 분리판 및 집전체로 대변되는 구성요소들이 스택에 장착되었을 때 그 기능을 최대한 발휘하면서도 점진적 또는 급격한 품질저하가 발생되지 말아야 한다. 특히, 밀봉재의 경우 SOFC에 사용되는 연료와 공기의 혼합(Cross-over)을 방지하는 중요한 기능을 담당하고 있으며 여러 장 적층된 분리판의 전기적 단락을 방지해야 한다. 또한 SOFC의 특성상 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 다른 구성요소와 화학적 반응이 없어야하고 열싸이클(Thermal cycle)을 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도가 보장되어야 하는 등 요구되는 품질기준이 엄격하다. SOFC의 밀봉재는 접합형(Brazing), 압착형(Compressive), 용융-고정형(Glass-ceramic)이 대표적으로 적용되고 있다. 이 중에서 Brazing 물질과 방법은 현재 활발히 연구가 수행 중에 있지만 범용적으로 사용되고 있지는 않은 상태이고 Compressive 밀봉재와 Glass-ceramic 밀봉재가 대면적 SOFC 스택에 사용되어 적용 가능성을 평가받고 있다. 본 연구에서는 SOFC 구성요소의 국산화를 추진하는 지경부과제의 결과물 중 (주)써모텍에서 개발한 Glass-ceramic 밀봉재(RC1) 단품에 대한 특성평가와 실제 단전지 평가를 통해 SOFC 스택 적용 가능성을 평가하였다. 밀봉재 단품에 대한 특성평가는 용융특성, 상분석, 열팽창계수 등의 물리적, 화학적 평가 외에 가스 누설 정도를 평가하는 기밀도 평가와 SOFC의 작동 온도인 $700^{\circ}C$와 상온 분위기를 주기적으로 인가하는 Thermal cycle 특성을 평가하였다. 셀을 한 장 사용하는 단전지(Unit cell) 평가는 RIST에서 자체 제작한 $100{\times}100mm^2$ 평판형 ASC 셀을 사용하여 수행하였으며, 밀봉재는 Dispensing 공정을 통해 구성되었다.

• 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.

• Journal of the Korean Society of Combustion
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• v.19 no.3
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• pp.44-52
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• 2014

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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.88.1-88.1
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• 2011

본 연구에서는 SOFC 시스템 설계기술 개발을 위한 기초 연구로서 전산해석을 이용한 SOFC 성능예측 기법을 개발하였다. 기본설계 단계에서 SOFC의 성능을 개략적으로 예측할 수 있는 1차원 예측 모델을 정립하였으며, 온도, 조성, 전해질, 전극 두께 등을 비롯한 다양한 조건 변화에 따른 성능예측을 수행하여 실험값과 비교한 결과 최대전력밀도 조건에서 23%의 오차를 갖는 것으로 나타났다. 또한 Stack 제작단계에서 다양한 운전조건과 형상변화에 따른 SOFC 성능 변화를 예측할 수 있는 3차원 해석기법을 정립하였으며, 최대전력밀도에서 5.1%의 오차를 보였다. 포괄적인 열 및 물질 전달 현상과 전기화학반응을 3차원적으로 해석함으로써 보다 정확한 예측이 가능하였다. 또한 수소와 적당량의 수분을 함께 공급할 경우 SOFC 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발된 기술을 활용할 경우 시제품 제작 전에 전지시스템의 성능을 미리 예측할 수 있으므로, 향후 제품 개발시 제작비용 절감과 설계기간 단축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.36 no.8
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• pp.1050-1060
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• 2012

As an approach to high-efficiency of SOFC system, SOFC/GT Hybrid system is effective. However, if the output size of the system belongs to the marine class of dozens MWs, the introduction of the cooling system of GT system, which is used as sub-system, makes its related devices complicated and also makes its control difficult. Accordingly, for the marine use, SOFC/GT (non-cooling)Hybrid system looks more suitable than SOFC/GT(cooling)Hybrid system. This study established the SOFC/GT (non-cooling)Hybrid system, and examined the operating temperature & current density of the stack for the system, pressure ratio of the gas turbine, the influence of TIT(Turbine Inlet Temperature) on system performance, etc. through the simulation process. Through this research process, this study was able to confirm that electrical efficiency rises in spite of the increase in the required power for the air compressor, and there exists a limited range of temperatures for operation in TIT.