• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.343-350
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• 2012

본 연구에서는 외부 개질기에 열원을 공급하기 위한 시스템 내에 가용한 열에너지의 활용 및 확보에 대한 해석을 위해서 외부 개질기를 연계한 평판형 SOFC 시스템의 해석 모델을 구축하고자 한다. 이러한 해석을 위한 모델 구축을 위해 Matlab simulink$^{(R)}$ 기반의 ThermoLib module을 사용하였으며, 구축된 해석 모델을 통하여 시스템의 성능 향상을 위한 구성 기법에 대해서 연구를 하였다. 시스템 구성 방법은 기존 시스템의 layout을 바꾸기 위해 공기극 출구가스 재순환 및 외부개질기와 촉매연소기를 통합한 개질반응시스템 적용, 개질기에 공급되는 혼합연료의 예열, 연료극 출구가스의 응축을 통한 연료 농도 향상 등을 고려하였다. 시뮬레이션의 해석 결과에서는 SOFC 시스템에 있어서 일반 연소기를 적용한 기준 시스템에 비하여 촉매 연소기를 사용한 시스템의 전기 효율이 12.13% 향상되었으며, 연료극 출구 가스를 응축시켜 버너로 연소시킨 시스템에서는 열효율이 76.12%로 가장 높았다.

• 한국결정성장학회지
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• 제21권1호
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• pp.21-26
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• 2011

Ni-YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) composite powders를 glycine nitrate process으로 만들었다. 합성된 분말은 $1300{\sim}1400^{\circ}C$ 4시간 동안 소성하였으며 $1000^{\circ}C$에서 2시간 동안 질소 및 수소 분위기에서 환원 소성하여 Ni-YSZ cermet을 제조하였다. Ni의 부피비를 변화 시켜 각기 그들의 미세구조, 전기전도도, 열팽창 및 강도 특성을 알아보았다. Ni과 YSZ 상 사이에 상호 연결된 균질하게 분포된 다공성 미세구조를 얻을 수 있었다. 기공률, 전기전도도, 열팽창계수 및 곡강도 모두 Ni의 양에 민감하게 영향 받는 것을 알 수 있으며 40 vol%의 Ni를 함유한 Ni-YSZ cermet가 전극재료로 가장 적당하였다. $1350^{\circ}C$에서 소성한 40 vol% Ni-YSZ 시편의 경우 30 %의 기공율, 65.5 Mpa의 강도, 917.4 S/cm의 전기 전도도($1000^{\circ}C$)및 $12.6{\times}10^{-6}^{\circ}C^{-1}$의 열팽창계수($1000^{\circ}C$)를 가져 YSZ 전해질의 음극재료로 가장 적합하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권4호
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• pp.359-366
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• 2002

고체산화물 연료전지의 운전온도를 낮추기 위해 구성재 중 LSGM 전해질과 LSM 양극을 합성하고, 그 특성을 조사한 후 최적 조성과 공정으로 단위전지를 제작하고 출력을 측정하였다. 전해질 조성인 $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}와 (La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$를 $1500^{\circ}$에서 6시간 소결한 경우 두 조성 모두 $LaGaO_3$의 단일상을 형성하였고, $10∼3{\mu}m$의 결정 크기를 갖는 치밀한 미세구조를 얻었으며, 저기전도도는 $800^{\circ}$에서 0.13S/cm를 나타내었다. 양극의 경우 GNP법으로 $(La1-xSrx)MnO_3$를 합성한 경우 Sr의 양이 0.2mole일 때까지는 $LaMnO_3$ perovskite 단일상이 생성되었으며, 입자의 크기는 약 40nm였다. 단위전지는 $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ 조성으로 소결한 전해질 양면에 $(La_{0.9}Sr_{0.1})MnO_3$ 양극과 음극의 입자크기는 $1{\mu}m$ 정도였고 다공성을 나타내었다. 이때 단위전지의 출력은 $800^{\circ}$에서 약 $0.3W/cm^2$를 나타내었다

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.667-673
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• 2017

공개소스 전산유체 해석 라이브러리인 OpenFOAM을 이용하여 음극 지지체형 고체산화물 연료전지의 온도균일성에 관한 연구를 수행하였다. 3가지 유형의 유동흐름(병행류, 대향류, 직교류)에 대하여 수치해석이 이루어졌다. 다공성 물질내에서의 기체의 흐름은 유효확산계수를 이용하여 계산하였고 분리판의 리브 영향도 고려하였다. 전기화학반응의 계산을 위하여 실험식으로부터 얻은 집중내부저항 모델이 사용되었다. 수치해석 결과 대향류가 가장 균일한 온도분포를 나타내었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.773-776
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• 2009

In this paper, new concept of the diesel fuel processing is introduced for the stable operation of solid oxide fuel cells (SOFCs). Heavier hydrocarbons than $CH_4$, such as ethylene, ethane, propane, and etc., induce the carbon deposition on anode of SOFCs. In the reformate of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene, and JP-8), concentration of ethylene is usually higher than low hydrocarbons such as ethane, propane, and butane. So, removal of low hydrocarbons (over C1-hydrocarbons), especially ethylene, at the reformate gases is important for stable operation of SOFCs. New methodology as named "post-reformer" is introduced for removing the low hydrocarbons at the reformate gas stream. Catalyst of the NECS-PR4 is selected for post-reforming catalyst because the catalyst of NECS-PR4 shows the high selectivity for removing low hydrocarbons and achieving the high reforming efficiency. The diesel reformer and post-reformer are continuously operated for about 200 hours as integrated mode. The reforming performance is not degraded and low hydrocarbons in the diesel reformate are completely removed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.121-124
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• 2007

Stacks of solid oxide fuel cell under 1kW max power were designed on planar type employing anode supported cell and metallic interconnects. The stacks composed of 3-cells, 8-cells, and 16-cells were fabricated by using single cell purchased from Indec, sealant and interconnect prepared at RIST. In performance test of the final 16-cells stacks, OCV was recorded to be 16.7 V. Peak power and power density were 1 kW, 0.77 $W/cm^{2}$ at $820^{\circ}C$, respectively. In addition, the long term degradation rate of the power exhibited 2.25 % in 500 h at $750^{\circ}C$.

• 한국안전학회지
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• 제33권5호
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• pp.1-8
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• 2018

A fuel cell is an energy conversion device that converts a chemical energy directly into an electrical energy and has higher energy efficiency than an internal combustion engine, but solid oxide fuel cell (SOFC) consisting of brittle ceramic material remains as a major issue regarding the mechanical properties as the crack formation and propagation. In this study, the stress distribution and crack behavior around the crack tip were evaluated, due to investigated the effects of the surface crack at the operating condition of high temperature. As a result, the difference of the generated stress was insignificant at operating conditions of high temperature according to the surface crack length changes. This is because, the high stiffness interconnect has a closed structure to suppress cell deformation about thermal expansion. The stress intensity factor ratio $K_{II}/K_I$ increased as the crack depth increased, at that time the effect of $K_{II}$ is larger than that of $K_I$. Also the maximum stress intensity factor increased as the crack depth increased, but the location of crack was generated at the electrolyte/anode interface, not at the crack tip.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권8호
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• pp.407-411
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• 2007

A 3-cell stacked anode-supported solid oxide fuel cell was designed and fabricated to achieve a complete gas seal and the facile stacking of components. The stack was assembled with a unit cell with $10{\times}10cm^2$ area, and each cell was interconnected by a stainless steel 430 separator using a proprietary sealant sheet. The stack performance was examined at various gas flow rates of $H_2+3.5vol%\;H_2O$, and air at a fixed temperature of $800^{\circ}C$. No gas leakage was found from the sealing between cells and inter-connects within a measurement system in this research during a prolonged time of 500 h in operation. The test resulted in an open circuit voltage of 3.12 V, a peak power of 149 W, and a power density of $0.61W/cm^2$, while the long term durability of the power showed 19.1% degradation during the prolonged time of 500 h when tested at $800^{\circ}C$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.84.1-84.1
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• 2011

Typical solid oxide fuel cells (SOFCs) have limited applications because they operate at high temperature due to low ionic conductivity of electrolyte. Thin film solid oxide fuel cell with yttria stabilized zirconia (YSZ) electrolyte is developed to decrease operating temperature. Pt/YSZ/Pt thin film SOFC was fabricated on anodic aluminum oxide (AAO). The crystalline structure of YSZ electrolyte by sputter is heavily depends on the roughness of porous Pt layer, which results in pinholes. To deposit YSZ electrolyte without pinholes and electrical shortage, it is necessary to deposit smoother and denser layer between Pt anode layer and YSZ layer by sputter. Atomic Layer Deposition (ALD) technique is used to deposit pre-YSZ layer, and it improved electrolyte quality. 300nm thick Bi-layered YSZ electrolyte was successfully deposited without electrical shortage.

• 전기화학회지
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• 제4권2호
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• pp.58-64
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• 2001

기체/전해질/LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ 공기극이 만나는 삼상계면 (triple phase boundary) 주위에 YSZ ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) 코팅막 (coating film) 을 형성하여 추가로 삼상계면을 크게 늘린 새로운 전극 미세구조를 갖는 복합 공기극 (composite cathode) 을 개발하였다. 이 복합 공기극을 전해질 두께가 약 $30{\mu}m$인 연료극 (anode)v 지지체 위에 형성하여 $700\~800{\circ}C$의 온도에서 전류전압 특성 및 교류 임피던스 분석을 실시하였다. $800^{\circ}$, 공기 및 수소 조건에서 교류 임피던스 분석 결과 1000Hz주파수 영역을 대변하는 저항성분 R1은 연료극 분극 저항에 해당하였고 100Hz주파수 영역의 저항성분 R2는 공기극 분극 저항 성분, 그리고 10Hz이하 영역의 저항성분 R3는 전극을 통한 기체확산 저항성분으로 특히, 작동 조건인 공기 및 수소 분위기에서는 연료극 쪽 반응기체에 의한 기체확산 저항 성분임을 알 수 있었다. 전지성능 측정 결과 이 복합 공기극을 장착한 전지는 $800^{\circ}C$, 공기 및 산소 조건에서 각각 $0.55W/cm^2$ $1W/cm^2$의 높은 전지성능을 나타내었다. 전류전압 곡선은 기울기가 다른 두 구간으로 구분되었으며, 낮은 전류밀도 하에서 보이는 급격한 전압감소 구간은 공기극 분극저항이 주된 성능 저하의 원인인 반면, 높은 전류밀도 하에서 나타나는 완만한 전압 감소 구간은 전해질에 관련된 분극저항이 주된 성능 저하의 원인이었다.