Kim, Yong-Min;Bae, Joong-Myeon;Bae, Gyu-Jong;Kim, Jung-Hyun;Lee, Chang-Bo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2008.05a
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pp.5-8
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2008
SOFC (Solid oxide fuel cell) has an advantage in the term of fuel flexibility, comparing with other kinds of fuel cells. In SOFC and fuel reformer cooperation system, the reformate gas with the various $H_2$/CO ratios is delivered into the anode of SOFC. In this situation, electrochemical oxidation reactions of the reformate gas in the anode are complex and competitive. In this paper, the effects of the composition of $H_2$ and CO on the overall electrochemical oxidation at Ni-YSZ anode are studied by testing the open circuit voltage (OCV) and current-voltage characteristics of single cells.
In order to develop SOFC cell performance, many kind of things were investigated. Electrode microstructure is the one of them therefore we focus on electrodes fabrication easily and efficiently. We can fabricate electrodes easily with Pt using DC magnetron sputtering and sintering. However sputtering is difficult to handle and to grow porous electrodes what we require. On the other hand sintering is much easier than sputtering to make porous and adhesive electrodes. So in this paper we deal with sintering and optimize to deposit electrodes conditions by analyzing electrode microstructure with sacnning electron microscopy(SEM) micrograph. Also, we compare electrochemical performance of cells fabricated by sputtering and sintering.
Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) have received considerable attention because of the advantages of high effiiciency, low pollution, cogeneration application and excellent integration with simplified reformer In this paper, we reported development of anode-tubular SOFC by wet process. For making tubular cell, Ni-cermet YSZ anode tube was fabricated using extrusion process, and YSZ electrolyte layer and LSM-YSZ composite, LSM, LSCF cathode layer were coated onto the anode supported tube using slurry dipping process and sintered by co-firing process. By using this tubular cell, we fabricated single cell consisted of the various cathode layers and 4 cell stack with an effective area of $75 cm^2$ per single cell, and evaluated their performance characteristics.
Solid oxide fuel cell(SOFC) is an electrochemical energy device which converts the free energy of fuel gas directly to electric energy. SOFC has several diratinct advantages over other types of fuel cells: no use of noble metals, no requirement of a reformer, no problem of liquid electrolyte management, and no problem of corrosion by liquid electrolyte. In this study, we have investigated the cell components and the single cell of the planar SOFC fabricated by composite plate process, in which green films of electrolyte, anode and cathode were co-fired. The planar SOFCs were tested and the cell performance characteristics wag evaluated by using electrochemical methods.
This study presents 0-dimensional model for solid oxide fuel cells(SOFCs). The physics of the cell and the simplifying assumptions are presented, and only hydrogen participates in the electrochemical reaction. The electrical potential is predicted using this model. The Butler-Volmer equation is used to describe the activation polarization and the exchange current density is changed according to the partial pressure of reactants and the temperature. The electrical conductivities of electrodes and an electrolyte are calculated for the ohmic polarization. Material characteristics and temperature affect those factors. Analysis of concentration polarization based on transport of gaseous species through porous electrodes is incorporated in this model. Both binary diffusion and Knudsen diffusion are considered as the diffusion mechanism. For validation, simulation results at this work are compared with our experimental results and numerical results by other researchers.
Kim, Woo-Sik;Choi, Sun-Hee;Lee, Hae-Weon;Kim, Joo-Sun
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.43
no.11
s.294
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pp.746-750
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2006
NiO films and Ru co-sputtered NiO films were deposited by reactive magnetron sputtering for micro-solid oxide fuel cell anode applications. The deposited films were reduced to form porous films. The reduction kinetics of the Ru doped NiO film was more sluggish than that of the NiO film, and the resulting microstructure of the former exhibited finer pore networks. The possibility of using the films for the anodes of single chamber micro-SOFCs was investigated using an air/fuel mixed environment. It was found that the abrupt increase in the resistance is suppressed in the Ru co-sputtered film, as compared to undoped film.
YSZ based anode supported solid oxide fuel cells (SOFCs) were prepared, and two cells with different electrolyte thicknesses were connected in series for the simulation of a cell-imbalanced fuel cell stack. Pure YSZ cells in a series connection exhibited a rapid degradation when a thick electrolyte cell was operated under a negative voltage. On the other hand, ceria added-YSZ cells in a series connection were stable under similar operating conditions, and the power density and impedance were about the same as those before tests. The improved stability was due to the reduction of internal partial pressure in the electrolyte by locally increasing the electronic conduction. Thus, we propose a new protection method, i.e., the local addition of ceria in the YSZ electrolyte, to extend the lifetime of a cell-imbalanced SOFC stack.
The reliability of solid oxide fuel cells (SOFCs) particularly depends on the high quality of solid oxide electrolytes. The application of thinner electrolytes and multi electrolyte layers requires a more reliable characterization method. Most of the investigations on thin film solid electrolytes have been made for the parallel transport along the interface, which is not however directly related to the fuel cell performance of those electrolytes. In this work an array of ion-blocking metallic Ti/Au microelectrodes with about a $160{\mu}m$ diameter was applied on top of an ultrathin ($1{\mu}m$) yttria-stabilized-zirconia/gadolinium-doped-ceria (YSZ/GDC) heterolayer solid electrolyte in a micro-SOFC prepared by PLD as well as an 8-${\mu}m$ thick YSZ layer by screen printing, to study the transport characteristics in the perpendicular direction relevant for fuel cell operation. While the capacitance variation in the electrode area supported the working principle of the measurement technique, other local variations could be related to the quality of the electrolyte layers and deposited electrode points. While the small electrode size and low temperature measurements increaseed the electrolyte resistances enough for the reliable estimation, the impedance spectra appeared to consist of only a large electrode polarization. Modulus representation distinguished two high frequency responses with resistance magnitude differing by orders of magnitude, which can be ascribed to the gadolinium-doped ceria buffer electrolyte layer with a 200 nm thickness and yttria-stabilized zirconia layer of about $1{\mu}m$. The major impedance response was attributed to the resistance due to electron hole conduction in GDC due to the ion-blocking top electrodes with activation energy of 0.7 eV. The respective conductivity values were obtained by model analysis using empirical Havriliak-Negami elements and by temperature adjustments with respect to the conductivity of the YSZ layers.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.45.1-45.1
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2011
Cobalt-free $La_xSr_{4-x}Fe_6O_{13}$ ($0{\leq}x{\leq}2$) oxide have been synthesized and investigated as a potential cathode material for solid oxide fuel cells (SOFCs). $Sr_4Fe_6O_{13}$ consists of alternating perovskite layers ($Sr_4Fe_2O_8$) containing iron cations in octahedral oxygen coordination and $Fe_4O_5$ layers where iron cations have 5-fold coordination of two types-square pyramids and trigonal bipyramids. Our preliminary electrochemical testes of pristine $Sr_4Fe_6O_{13}$ show a rather high area specific resistance ($0.47{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$) for ~20 ${\mu}m$ thick layers with CGO electrolyte. The electrochemical performances are improved by La addition up to x=1 ($La_1Sr_3Fe_6O_{13}$, $0.06{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$). In addition, thermal expansion coefficient (TEC) values of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ specimen demonstrated $15.1{\times}10^{-6}\;^{\circ}C^{-1}$ in the range of 25-900$^{\circ}C$, which provides good thermal expansion compatibility with the CGO electrolyte. An electrolyte supported (300-${\mu}m$-thick) single-cell configuration of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$/CGO/Ni-CGO delivered a maximum power density of 584 $mWcm^{-2}$ at $700^{\circ}C$. In addition, an anode supported single cell by YSZ electrolyte (10-${\mu}m$-thick) with a porous CGO interlayer between the cathode and the electrolyte to avoid undesired interfacial reactions exhibited 1,517 $mWcm^{-2}$ at $800^{\circ}C$. The unique composition of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ with low thermal expansion coefficient and higher electrochemical properties could be a good cathode candidate for intermediate temperature SOFCs with CGO and YSZ electrolyte.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.21
no.4
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pp.175-180
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2011
The doping effect of Cu in the Sr-doped lanthan manganites (LSM) has been investigated in terms of structural analysis and thermal expansion coefficient (TEC). The $La_{0.8}Sr_{0.2}Mn_{1-x}Cu_xO_3$ ($0{\leq}x{\leq}0.3$) were prepared by solid state reaction method and their crystal structure and TEC were measured. A decrease in the lattice parameters and the TEC were observed with increase eu content, whereas they were decreased for x = 0.3. For $0{\leq}x{\leq}0.2$, the decrease of the lattice parameter and the TEC with increase Cu content were attributed to the reduction of ionic radius of Cu ions due to the presence of $Cu^{3+}$ ions. For x = 0.3, however, the increase was originated from the formation of oxygen vacancies due 10 the presence of $Cu^{2+}$ and $Mn^{4+}$.
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