• Clean Technology
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• v.26 no.2
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• pp.96-101
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• 2020

In this paper, the commercial feasibility of trigeneration, producing heat, power, and hydrogen (CHHP) and using biogas derived from macroalgae (i.e., seaweed biomass feedstock), are investigated. For this purpose, a commercial scale trigeneration process, consisting of three MW solid oxide fuel cells (SOFCs), gas turbine, and organic Rankine cycle, is designed conceptually and simulated using Aspen plus, a commercial process simulator. To produce hydrogen, a solid oxide fuel cell system is re-designed by the removal of after-burner and the addition of a water-gas shift reactor. The cost of each unit operation equipment in the process is estimated through the calculated heat and mass balances from simulation, with the techno-economic analysis following through. The designed CHHP process produces 2.3 MW of net power and 50 kg hr^-1 of hydrogen with an efficiency of 37% using 2 ton hr^-1 of biogas from 3.47 ton hr^-1 (dry basis) of brown algae as feedstock. Based on these results, a realistic scenario is evaluated economically and the breakeven electricity selling price (BESP) is calculated. The calculated BESP is ¢10.45 kWh^-1, which is comparable to or better than the conventional power generation. This means that the CHHP process based on SOFC can be a viable alternative when the technical targets on SOFC are reached.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.241-241
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• 2003

고체산화물 연료전지(Solid oxide fuel cell : SOFC)는 연료기체가 소유하고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변화시키는 에너지 변환 장치이다. 고체산화물 연료전지의 특성은 인산형, 용융탄산염형 및 고분자연료전지 둥 다른 연료전지에 비해 효율이 높고 공해가 적으며, 연료개질기가 필요 없고 복합발전이 가능하다. 그러나 작동온도가 고온(100$0^{\circ}C$)이어서 연결재 및 전지의 구성요소가 고가이고 전류집전 및 밀봉 둥 문제점을 가지고 있다. 전극 지지체식 연료전지의 개발은 얇고 치밀한 전해질 제조를 가능하게 하여 낮은 저항을 가지기 때문에 저온에서 작동을 용이하게 하여 고온작동시의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 박막제조공정에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 또한 전지성능을 향상시키기 위해 전기화학적 반응면적과 가스 확산층을 넓게 하기 위한 기공률이 높고 전기전도도가 우수한 지지체 제작에도 많이 연구가 이루어지고 있다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.25-25
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• 2003

안정화 지르코니아(Stabilized Zirconia)는 산화물 연료전지 (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), 전기화학식 가스센서 등에 널리 사용되고 있는 대표적인 고체전해질이다. SOFC의 효율향상 및 센서의 저온 동작을 위해서는 높은 이온전도도를 갖는 고체전해질이 요구된다. 안정화 지르코니아의 이온 전도도를 향상시키기 위해 MgO, CaO, $Y_2$O$_3$, Yb$_2$O$_3$, Sc$_2$O$_3$ 등의 안정화제가 첨가된 바 있으며, 이들 첨가제의 변화에 의한 전기전도도 향상 연구는 현재 성숙된 단계이다. 지르코니아 고체전해질의 안정화제가 정해진 상태에서 재료의 전기전도도를 향상시키는 다른 방법은 입계에서의 이온전도도를 높이는 것이다. 안정화 지르코니아는 입계가 입내에 비해 저항이 약 100-10000배 정도크기 때문에, 입계가 얇은 두께에도 불구하고 전해질의 저항에서 큰 역할을 한다고 알려져 있다. 일반적으로 입계의 Si-포함상 편석, 입계액상, 공간전하층등이 입계의 저항에 대한 원인으로 받아 들여 지고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.364-367
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• 2006

The decrease of polarization resistance in cathode is the key point for intermediate temperature SOFC(Solid Oxide Fuel Cell). In this study, the Influence of Co substitution in B-site at perovskite PSCM (Pr0.3Sr0.7CoxMn(1-x)) was investigated. The PSCM series exhibits excellent MIEC(Mixed ionic Electronic Conductor) properties. The ASR(Area Specific Resistance) of PSCM3773 was $0.174{\Omega}cm^2\;at\;700^{\circ}C$. The activation energy of PSCM3773 was also lower than other compositions of PSCM. The ASR values were increased gradually during the thermal cycling test of PSCM37773 due to the delamination between electrolyte and cathode materials.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2001.06a
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• pp.124-129
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• 2001

SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)의 음극으로 쓰이고 있는 Ni-YSZ 복합체의 미세구조를 Ni의 함량에 따라 정량적으로 분석하고 이로부터 미세구조적인 특성과 전극특성간의 상관관계를 규명하였다. 미세구조적인 특성의 정량화를 위해 quantitative microscopy 이론을 응용해 화상분석 하였고 그로부터 복합체내 각 상들의 크기 및 분포, 각 상간의 연결도 및 계면 면적 등의 정보를 얻어내었다. 미세구조 분석결과 복합체 전극의 특성은 입자성장 등에 의한 미세구조 변화, 특히 Ni 상의 입자성장 정도에 크게 의존하였으며 이렇게 정량화된 미세구조적 인자들은 복합체가 나타내는 복잡한 전기적 물성들을 예측하는데 아주 유용하게 활용되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.85.2-85.2
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• 2011

현재 중온의 고체산화물 연료전지를 위해 다양한 전해질에 대한 연구되었으며 1994년 Ishihara et al.에서 1074K의 온도에서 높은 이온전도도를 갖는 페록스카이 구조를 갖는 LSGM 물질을 발표하였다. Sr과 Mg을 도핑한 Lanthanum gallate는 이온전도도가 1073K에서 0.14S/cm로 YSZ의 5배로 높은 이온전도도를 갖고 있으며 산화환경에서부터 환원환경에서 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있다. 또한 LSGM 전해질은 넓은 산소 농도범위에서 안정적인 특성을 갖는 장점을 갖고 있다. 그러나 LSGM은 가장 널리 사용되는 연료극의 Ni 촉매와 고온 소결시 상호확산현상에 의한 2차상을 생성시켜 성능 저감의 원인으로 그 해결방안이 요원한 실정이다. 이에 본 논문에서는 LSGM 전해질에 LSGM scaffold를 형성하고 형성된 scaffold에 연료극 촉매 solution을 infiltration 시켜 저온에서 anode를 형성하여 그 성능을 연구하였다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.14 no.3
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• pp.176-183
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• 2011

The electrochemical characteristics from various particle sizes of $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}$ (CGO91) in composite cathode comprised of the samarium-strontium doped layered perovskite ($SmBa_{0.5}Sr_{0.5}Co_2O_{5+{\delta}}$) and CGO91 have been investigated for possible application as a cathode material for an intermediate temperature-operating solid oxide fuel cell (IT-SOFC). The area specific resistances (ASRs) of composite cathodes with CGO91 having smaller particle size ($0.4\sim42{\mu}m$) and SBSCO of 1 : 1 ratio (50wt% SBSCO and 50 wt% CGO91, SBSCO: 50) give the lowest ASR of $0.10{\mu}cm^2$ at $600^{\circ}C$ and $0.013{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. However, composite cathodes with having relatively bigger CGO91 particle size show the two times higher ASR results than those of SBSCO : 50. From the 10 times thermal cycles in SBSCO : 50, the ASRs of SBSCO : 50 increased from $0.0193{\Omega}cm^2$ to $0.094{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$, however, the ASR value was maintained after 7 times of thermal cycling.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.28 no.5
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• pp.512-520
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• 2017

This paper is a numerical study of various methods of applying SOFC hot BOP insulation. The application methods are four cases from case 1 to case 4, and the performance difference between the result of applying powdered insulation and the result of zoning using composite multi-layer insulation was examined. Numerical results show that the thermal stability of composite multi-layer insulation is better than that of powder insulation when the thermal conductivity is 0.04 W/mK. In the future, we will increase the thermal conductivity of the composite multi-layer thermal insulation material and find the greatest value of thermal conductivity with a similar result to that of the powder insulation.

• 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.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.16 no.4
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• pp.194-197
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• 2015

La_9.33(Si₅V₁)O₂₆ ceramics were fabricated by the mixed oxide method for solid oxide electrolytes. La_9.33(Si₅V₁)O₂₆ specimens showed the hexagonal, space group P63 or P63/m, and the unit cell volume increased when the sintering temperature increased. The specimen sintered at 1,400℃ showed the X-ray patterns of the homogeneous apatite single phase without the second phase, such as La₂SiO₅ and SiO₂. The specimen sintered at 1,400℃ showed the maximum sintered density of 4.93 g/cm³. When the sintering temperature increased, the electrical conductivities increased, the activation energy decreased and the values were 7.83×10⁻⁴ S/cm, 1.61 eV at 600℃, respectively.