• 제목/요약/키워드: Solid Oxide Fuel Cell(SOFC)

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선박동력용 SOFC/GT 하이브리드시스템의 성능 및 안전성 해석 (터빈 냉각 및 TIT 일정 조건을 중심으로) (Performance and Safety Analysis of Marine Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine Hybrid Power System (under Conditions of Turbine Cooling and Constant TIT))

  • 김명환
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제33권4호
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    • pp.484-496
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    • 2009
  • The strengthened regulations for atmospheric emissions from ships like MARPOL Annex VI have caused a necessity of new, alternative power system in ships for the low pollutant emissions and the high energy efficiency. This paper attempts to investigate the configuration of SOFC/GT hybrid power system for LNG tanker taking into account the safety and to analyze the influence of design parameters on the system performance. The simulation results provide the basic data for the design and efficiency improvement of SOFC/GT hybrid system and indicate the guidelines for the safe system operation.

고체전해질형 연료전지의 Ni 함량에 따른 연료극 특성 (Characteristics of Anode Electrode According to Ni Content for Solid Oxide Fuel Cell)

  • 김귀열;엄승욱;문성인
    • E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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    • 제10권6호
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    • pp.528-532
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    • 1997
  • The research and development for the solid oxide fuel cell have been promoted rapidly and extensively in recent years, because of their high efficiency and future potential. Therefore this paper describes the manufacturing method and characteristics of anode electrode for SOFC, by the way, Ni-YSZ materials are used as anode of SOFC widely. So in this experiments, we investigated the optimum content of Ni, by testing expansion coefficient, impedance characteristics, overvoltage. As a result, the performance of Ni-YSZ anode(40vol%) was better excellent than the others.

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제한요소를 고려한 가스터빈-가압형 SOFC 하이브리드 시스템의 성능특성 해석 (Analysis of Performance Characteristics of Gas Turbine-Pressurized SOFC Hybrid Systems Considering Limiting Design Factors)

  • 양원준;김동섭;김재환
    • 설비공학논문집
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    • 제16권11호
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    • pp.1013-1020
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    • 2004
  • The hybrid system of gas turbine and fuel cell is expected to produce electricity more efficiently than conventional methods, especially in small power applications such as distributed generation. The solid oxide fuel cell (SOFC) is currently the most promising fuel cell for the hybrid system. To realize the conceptual advantages resulting from the hybridization of gas turbine and fuel cell, optimized construction of the whole system must be the most important. In this study, parametric design analyses for pressurized GT/SOFC systems have been peformed considering probable practical limiting design factors such as turbine inlet temperature, fuel cell operating temperature, temperature rise in the fuel cell and soon. Analyzed systems include various configurations depending on fuel reforming type and fuel supply method.

SOFC 음극의 기공구조가 음극특성에 미치는 영향 (Effect of the Pore Structure on the Anodic Property of SOFC)

  • 허장원;이동석;이종호;김재동;김주선;이해원;문주호
    • 한국세라믹학회지
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    • 제39권1호
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    • pp.86-91
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    • 2002
  • 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell; SOFC)는 무공해 청정에너지원으로서 기존의 발전방식을 대체할 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 고체산화물 연료전지의 구성요소는 크게 음극(anode), 양극(cathode), 전해질(electolyte)로 나뉘어 지는데 그 중 음극은 전극으로서의 역할은 물론 음극지지형인 경우 지지체 역할가지 수행해야 하기 때문에 아주 다양한 특성이 요구되어지고 있다. 그 중에서도 연료전지 성능의 최대 감쇄요인으로 지적되고 있는 분극저항을 줄이기 위해서는 높은 전기전도도와 높은 가스투과도가 요구되고있다. 본 연구에서는 음극 제조과정 중 첨가하는 기공 전구체의 종류에 따라 기판의 기공구조가 어떻게 바뀌는지 또 그로 인해 기판의 미세구조 및 전기전도도가 어떠한 영향을 받는지 관찰하였다. 결과 음극기판의 미세구조 및 전기전도도는 기공전구체의 종류에 따라 크게 달라졌으며 특히 이방성을 가지는 기공전구체의 사용은 전도성상의 단락 및 비효율적인 기공의 양산을 가져와 결과적으로 연료전지 성능을 악화시킬 것으로 예상된다.

고체산화물연료전지용 대면적 단위전지 제조특성 및 성능평가 (Fabrication Characteristics and Performance Evaluation of a Large Unit Cell for Solid Oxide Fuel Cell)

  • 신유철;김영미;오익현;김호성;이무성;현상훈
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.13-16
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    • 2008
  • Solid oxide fuel cell(SOFC) is an electrochemical energy conversion system with high efficiency and low-emission of pollution. In order to reduce the operating temperature of SOFC system under $800^{\circ}C$, the thickness reduction of YSZ electrolyte to be as thin as possible, e.g., less than 10 ${\mu}m$ are considered with the microstructure control and optimum design of unit cell. Methods for reducing the thickness of YSZ electrolyte have been investigated in coin cell. Moreover, a large unit cell($8cm{\times}8cm$) for SOFC was fabricated using an anode-supported electrolyte assembly with a thinner electrolyte layer, which was prepared by a tape casting method with a co-sintering technique. we studied the design factors such as active layer, electrolyte thickness, cathode composition, etc,. by the coin type of unit cell ahead of the fabrication process of a large unit cell and also reviewed about the evaluation technique of a large size unit cell such as interconnect design, sealing materials and current collector and so forth. Electrochemical evaluations of the unit cells, including measurements such as power density and impedance, were performed and analyzed. Maximum power density and polarization impedance of coin cell were 0.34W/$cm^2$ and $0.45{\Omega}cm^2$ at $800^{\circ}C$, respectively. However, Maxium power density of a large unit cell($5cm{\times}5cm$) decreased to 0.21W/$cm^2$ at $800^{\circ}C$ due to the increase of ohmic resistance. However, It was found that the potential value of a large unit cell loaded by 0.22A/$cm^2$ showed 0.76V at 100hrs without the degradation of unit cell.

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세그먼트 관형 SOFC의 제작 및 특성 평가 (Fabrication and Property Evaluation of Tubular Segmented-in-Series Solid Oxide Fuel Cell (SOFC))

  • 윤의진;이종원;이승복;임탁형;박석주;송락현;신동렬;한규승
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제50권3호
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    • pp.562-566
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    • 2012
  • 본 논문에서는 세그먼트 관형 고체산화물 연료전지(SOFC)의 설계 및 제작과 특성 분석을 다루고 있다. 관형 세라믹 지지체는 압출 공정을 통하여 제작하였으며, NiO-YSZ 연료극과 YSZ 전해질은 담금 코팅법을 통해 세라믹 지지체에 코팅하였다. 코팅된 세라믹 지지체를 $1,350^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리하였으며, $10{\mu}m$ 미만의 치밀하고, 균열이 없는 YSZ 전해질 층을 얻을 수 있었다. 또한 열처리된 세라믹 지지체에 LSM-YSZ/LSM/LSCF로 구성된 다층 구조 공기극을 담금법으로 코팅하여 $1,150^{\circ}C$에서 열처리하였다. 세라믹 관형 지지체에 코팅된 세그먼트 SOFC 셀은 Ag-glass 연결재를 사용하여 전기적으로 직렬 연결하였으며, 수소연료 유량과 운전 온도에 따른 세그먼트 SOFC의 성능 변화를 측정하였다.

암모니아 활용 고체산화물 연료전지 재순환 발전 시스템 (Ammonia-fueled Solid Oxide Fuel Cell Recirculation Systems for Power Generation)

  • 박진영;쿠 엔;김진선;배용균;이동근;김영상;이선엽;김영
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제35권1호
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    • pp.40-47
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    • 2024
  • Ammonia is drawing attention as carbon free fuel due to its ease of storage and transportation compared to hydrogen. This study suggests ammonia fueled solid oxide fuel cell (SOFC) system with electrochemical hydrogen compressor (EHC)-based recirculation. Performance of electrochemical hydrogen pump is based on the experimental data under varying hydrogen and nitrogen concentration. As a result, the suggested system shows 62.04% net electrical efficiency. The efficiency is 10.33% point higher compared to simple standalone SOFC system (51.71%), but 0.02% point lower compared to blower-based recirculation system (62.06%). Further improvement in the EHC-based SOFC recirculation system can be achieved with EHC performance improvement.

원통형 고체산화물 연료전지 기술개발 (Development of Tubular Solid Oxide Fuel Cell)

  • 송락현
    • 유체기계공업학회:학술대회논문집
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    • 유체기계공업학회 2001년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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    • pp.373-380
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    • 2001
  • 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.

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Improving the Stability of Series-Connected Solid Oxide Fuel Cells by Modifying the Electrolyte Composition

  • Kim, Young Je;Lim, Hyung-Tae
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • 제12권1호
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    • pp.159-165
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    • 2021
  • 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.

전사법을 이용한 SOFC Cell 제작 및 출력특성 (Fabrication of SOFC cell by transcription-method)

  • 구자빈;최병현;지미정;안용태;황해진
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.91.1-91.1
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    • 2011
  • 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 H2, CO, CH4와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이다. SOFC는 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 고체산화물이 연료와 공기가 반응하여 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 carnot cycle의 제한을 받지 않아 발전효율이 40% 이상으로 고효율이고, NOx 및 SOx를 배출하지 않아 무공해이며, moving parts가 없어 소음이 나지 않고, 건설과 증설이 지역이나 기후 조건에 제약 없이 용이하고, 다양한 용량이 가능하며, 고가의 백금 촉매를 사용하지 않으며, 수소, 석탄가스, 천연가스 등의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음, 또한 다향한 형태로 제작할 수 있으며 전해질이 고체에서 전해질 손실 및 보충에 문제가 없고 타 연료전지에 비해 개질기가 필요 없어 발전시스템이 간단하고 경량화가 가능하다. 전사법은 paste를 제작하여 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 제작이 용이하고 소재의 크기, 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 본 실험에서는 paste 제조, 전사법을 이용하여 Anode, AFL, Electrolyte, CFL, Cathode전사지를 제작하고 이를 세라믹 평관형 지지체에 변수로 두께 조건별 Coating 한 후 $1400^{\circ}C$ 소결을 진행하여 SEM 분석으로 미세구조 관찰, 출력특성 및 Impedance을 확인하였다.

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