• 세라미스트
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• 제23권2호
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• pp.211-230
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• 2020

Perovskite-type oxides with the nominal composition of ABO₃ can exsolve the B-site transition metal upon the controlled reduction. In this exsolution process, the transition metal emerges from the oxide lattice and migrates to the surface at which it forms catalytically active nanoparticles. The exsolved nanoparticles can recover back to the bulk lattice under oxidation treatment. This unique regeneration character by the redox treatment provides uniformly dispersed noble metal nanoparticles. Therefore, the conventional problem of traditional impregnated metal/support, i.e., sintering during reaction, can be effectively avoided by using the exsolution phenomenon. In this regard, the catalysts using the exsolution strategy have been well studied for a wide range of applications in energy conversion and storage devices such as solid oxide fuel cells and electrolysis cells (SOFCs and SOECs) because of its high thermal and chemical stability. On the other hand, although this exsolution strategy can also be applied to gas phase reaction catalysts, it has seldomly been reviewed. Here, we thus review recent applications of the exsolution catalysts to the gas phase reactions from the aspects of experimental measurements, where various functions of the exsolved particles were utilized. We also review non-perovskite type metal oxides that might have exolution phenomenon to provide more possibilities to develop higher efficient catalysts.

• 대한금속재료학회지
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• 제56권12호
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• pp.893-899
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• 2018

In the present study, we investigated the sulfur poisoning of the Ni anode in solid oxide fuel cells (SOFCs) as a function of operating conditions. Anode supported cells were fabricated, and sulfur poising tests were conducted as a function of current density, $H_2S$ concentration and humidity in the anode gas. The voltage drop was significant under the higher current density (${\sim}714mA/cm^2$) condition, while it was much reduced under the lower current density (${\sim}389mA/cm^2$) condition, at 100 ppm of $H_2S$. A secondary voltage drop, which occurred only at the high current density, was attributed to Ni oxidation in the anode. Thus, operation at high current density with high $H_2S$ concentration may lead to permanent deterioration in the anode. The effect of water content (10%) on the sulfur poisoning was also investigated through a constant current test (${\sim}500mA/cm^2$) at 10 ppm of $H_2S$. The cell operating with 10% wet anode gas showed a much smaller initial voltage drop, in comparison with a dry anode gas. The present study indicates that operating conditions, such as gas humidity and current density, should be carefully taken into account, especially when fuel cells are operated with $H_2S$ containing fuel.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권1호
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• pp.25-31
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• 2011

Solid oxide fuel cells (SOFCs) have many attractive features for widespread applications in generation systems. Recently, stainless steels have attractive materials for metallic bipolar plate because metallic bipolar plates have many benefits compared to others such as graphite and composite bipolar plates. SOFC operates on high temperature of about $800{\sim}1000^{\circ}C$ than other fuel cell systems. Thus, many studies have attempted to reduced the operation temperature of SOFC to about $600{\sim}800^{\circ}C$, which is the intermediate temperature (IT) of SOFC. Low cost and high-temperature corrosion resistance are very important for the practical applications of SOFC in various industries. In this study, two specimens, 304 and 430 stainless steels with and without different pre-surface treatments on the surface were investigated. And, specimens were exposed at high temperature in the box furnace under oxidation atmosphere of $800^{\circ}C$. Oxidation behavior have been investigated with the materials exposed at different times (100 hrs and 400 hrs) by SEM, EDS and XRD. By increasing exposure time, the amount of metal oxide increased in the order like; STS304 < STS430 and As-received < As-polished < Sand-blast specimens.

• 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.

• 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.

• 한국세라믹학회지
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• 제42권4호
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• pp.269-275
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• 2005

단전지의 성능을 혼합전도체인 LSCF 양극의 미세구조, 특히 전극반응에 필요한 표면적의 양과 연관되는 앙극의 기공률의 변화에 따라 평가하였다. 기공률이 서로 다른 양극을 제조하기 위해 미세한 양극분말과 조대한 양극분말의 혼합비를 달리하여 양극을 제조한 결과 양극의 기공률을 각각 14, 23, 27, $39\%$로 얻을 수 있었다. 양극 기공률이 서로 다른 4종류의 단전지에 대한 직류 전류차단법과 교류임피던스법을 이용한 전기화학적 평가 결과 전극에서의 분극은 양극의 기공률이 증가할수록 감소하는 결과를 얻었다. 이러한 분극특성은 양극의 기공률이 증가하며 전극반응에 필요한 활성면적이 증가했기 때문으로 추론되며 이러한 이유로 단전지의 성능 또한 양극의 기공률이 증가하면서 향상되는 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권12호
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• pp.740-746
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• 2007

The potential candidates for IT-SOFCs cathode materials, $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ (BSCF) and $La_{0.6}Ba_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LBCF) powders, were synthesized by a EDTA-citrate combined method from $Sr(NO_3)_2$, $Ba(NO_3)_2$, $La(NO_3)_3{\cdot}6H_2O$, $Co(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, $Fe(NO_3)_3{\cdot}9H_2O$, citric acid and $EDTA-NH_3$. The cathode performance of symmetrical electrochemical cells consisting of BSCF-GDC or LBCF-GDC composite electrodes and a GDC electrolyte was investigated using by AC impedance spectroscopy at the temperature range of 500 to $700^{\circ}C$. It was found that a single phase perovskite could be successfully synthesized when the precursor is heated at $850^{\circ}C$ for 2 h. Due to thermal expansion mismatch between BSCF and GDC, the composite cathodes with lower GDC content than 45 wt% were peeled off from the GDC electrolyte and their electrode polarization resistance was estimated to be high. The thermal expansion coefficient of BSCF-GDC composites was decreased with increasing the GDC content and the electrode peeling off did not occur in BSCF-45 and 55 wt% GDC composites. BSCF-45 wt% GDC composite electrode showed the lowest area specific resistances (ASR) of 0.15 and $0.04{\Omega}{\cdot}cm^2$ at 600 and $700^{\circ}C$, respectively. On the other hand, LBCF-GDC composite cathodes showed higher ASR than the BSCF-45 and 55 wt% GDC and their cathode performance were decreased with the GDC content.

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.251-258
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• 2016

연료전지는 전기를 발전하면서 동시에 열도 생산하며, 본 고는 이 두 가지를 함께 이용하는 가정용의 마이크로 연료전지-열병합발전(${\mu}FC$-CHP) 시스템에 관한 조사보고서이다. 열병합발전 시스템을 구성하는 몇 가지 방안 중에서 연료전지는 전기와 열 효율을 합쳐 90%가 넘는 가장 높은 에너지 효율을 갖는 시스템을 구현할 수 있어 유용성이 높다. 연료전지에는 크게 다섯 가지 종류가 있으며, 이 중 가정용 ${\mu}FC$-CHP로 적합한 것은 프로톤교환 막연료전지(PEMFC)와 고체산화물연료전지(SOFC)이다. ${\mu}FC$-CHP시스템은 독립전원으로서 송배전 손실을 줄일 수 있고 전기생산단가를 낮출 수 있으며, 오염물질을 배출하지 않는 친환경 기술이란 점 등의 장점이 많다. 단점은 초기 투자비용이 높다는 점인데, 기술의 발달로 제작 단가를 줄여 이를 해결해나가고 있다. 현재는 일본이 시장을 선점하고 있으나 우리나라도 100만대 보급 계획을 가지고 있고, 정부가 반 정도의 설치보조금을 제공하여 시장을 견인하고 있다. 본 고에서는 이와 함께 연료전지와 열병합발전을 연결하는 기술적 내용 및 각국의 동향을 기술한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권4호
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• pp.271-277
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• 2014

To overcome the limitations of the solid oxide fuel cells (SOFCs) due to the high temperature operation, there has been increasing interest in proton conducting fuel cells (PCFCs) for reduction of the operating temperature to the intermediate temperature range. In present work, the perovskite $BaCe_{0.85-x}Zr_xY_{0.15}O_{3-\delta}$ (BCZY, x = 0.1, 0.3, 0.5, and 0.7) were synthesized via solid state reaction (SSR) and adopted as an electrolyte materials for PCFCs. Powder characteristics were examined using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA) and Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface area analysis. Single phase BCZY were obtained in all compositions, and chemical stability was improved with increasing Zr content. Anode-supported cell with $Ni-BaCe_{0.55}Z_{0.3}Y_{0.15}O_{3-\delta}$ (BCZY3) anode, BCZY3 electrolyte and BCZY3-$Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-\delta}$ (BSCF) composite cathode was fabricated and electrochemically characterized. Open-circuit voltage (OCV) was 1.05 V, and peak power density of 370 ($mW/cm^2$) was achieved at $650^{\circ}C$.

• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.96-101
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• 2020

이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 연료로 사용하여 열, 전력 및 수소를 생산하는 삼중발전의 타당성 평가를 수행하였다. 이를 위해 3 MW급 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기 랭킨 사이클로 이루어진 상용 규모의 열, 전력 및 수소 생산공정을 공정모사기를 사용하여 설계, 모사하였고, 공정모사로 부터 얻은 열 및 물질 수지를 통해 각 단위조작 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 수소를 생산하기 위해 고체산화물 연료전지의 설계를 수정하였는데, 연료전지 내 애프터-버너를 제거하고 수성-가스 전환 반응기를 추가하였다. 공정모사 결과 설계된 삼중발전 공정은 시간당 3.47톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 2톤의 바이오가스를 이용하여 2.3 MW의 전력과 50 kg hr^-1의 수소를 37%의 효율로 생산한다. 이 결과를 토대로 가장 현실적인 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 BESP (breakeven electricity selling price)를 계산하였는데, ¢10.45 kWh^-1로 기존의 고정 발전 대비 동등 이상의 수준으로 나타났다.