• 한국세라믹학회지
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• 제47권1호
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• pp.82-85
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• 2010

Recently, thin film processes for oxides and metal deposition, such as physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD), have been widely adapted to fabricate solid oxide fuel cells (SOFCs). In this paper, we presented two research area of the use of such techniques. Gadolinium doped ceria (GDC) showed high ionic conductivity and could guarantee operation at low temperature. But the electron conductivity at low oxygen partial pressure and the weak mechanical property have been significant problems. To solve these issues, we coated GDC electrolyte with a nano scale yittria-doped stabilized zirconium (YSZ) layer via atomic layer deposition (ALD). We expected that the thin YSZ layer could have functions of electron blocking and preventing ceria from the reduction atmosphere. Yittria-doped barium zirconium (BYZ) has several orders higher proton conductivity than oxide ion conductor as YSZ and also has relatively high chemical stability. The fabrication processes of BYZ is very sophisticated, especially the synthesis of thin-film BYZ. We discussed the detailed fabrication processes of BYZ as well as the deposition of electrode. This paper discusses possible cell structure and process flow to accommodate such films.

• 한국세라믹학회지
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• 제37권6호
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• pp.612-616
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• 2000

The effect of Co dopant on the (La, Sr)MnO3 cathode was investigated. La2Zr2O7 and SrZrO3 were formed as the reaction products between YSZ and LSMC. The reactivity of LSMC with YSZ increased with increasing Co content. However, the cathodic polarization resistance decreased with increasing Co doping. Therefore, doping Co at Mn site in the (La, Sr)MnO3 cathode was effective on controlling the polarization resistance of the cathode. The polarization property of LSMC-YSZ composite(60 wt%: 40 wt%) cathode was better than that of LSMC single cathode.

• 한국세라믹학회지
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• 제31권5호
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• pp.477-484
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• 1994

The yttria stabilized zirconia(YSZ) thin films for solid oxide fuel cell (SOFC) were fabricated by an electrochemical vapor deposition(EVD) technique using YCl3+ZrCl4+H2O gas system. The YSZ films were deposited under reduced pressure at the temperature of 1000~120$0^{\circ}C$ on the porous alumina substrates. The deposition rate, chemical composition and growth morphology were investigated by SEM, XRD, EDS. The growth rates of the films obeyed a parabolic rate law, representing that the growing process is controlled by an electrochemical transport through the YSZ film. The Y2O3 content of the films was about 10 mol%, equal to the composition of metal chloride reactant gases, approximately. The YSZ films were highly dense, the growing features showed columnar structure and surface morphologies were changed with the EVD conditions.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권5호
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• pp.466-473
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• 2001

Ni-YSZ 음극의 미세구조와 임피던스특성에 미치는 YSZ 입자크기 및 소결온도의 영향을 고찰하였다. 0.3~0.6$\mu\textrm{m}$의 미세한 NiO 분말을 사용할 경우에는 NiO 분말과 크기가 비슷한 미세한 YSZ 분말(TZ8Y, 0.3$\mu\textrm{m}$)을 첨가했을 때 NiO의 입성장을 억제하는 효과가 가장 크고 환원후 Ni의 입자크기를 미세하게 유지할 수 있는 미세구조를 형성하였다. 또한 미세한 YSZ 분말 (TZ8Y, 0.3$\mu\textrm{m}$)과 조대한 YSZ 분말(FYT13.0, 2$\mu\textrm{m}$)의 혼합비를 달리하여 후막을 제조하였을 때에 TZ8Y 분말만 첨가한 조성이 가장 낮은 분극 저항을 나타내었다. 한편 소결온도는 삼상계면의 양과 분극저항에 영향을 주었으며, 140$0^{\circ}C$에서 소결한 시편의 분극저항이 가장 낮은 값을 나타내었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.47-54
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• 2022

In this study, we performed numerical analysis for 1 kWe SOFC stack of internal manifold types according to the different manifold sizes to verify the influence of the flow uniformity into each cell. To simulate the flow phenomena in the stack, the continuity and momentum conservation equations including the standard k-𝜺 turbulent model for the steady-state conditions were applied. From the calculation results, we verified that the pressure drop from inlet pipes to outlet pipes decreased to a log scale as the manifold size increased in the internal manifold types. Also, we found that the flow uniformity increased on an exponential scale as the manifold size increased. In addition, the calculation results showed that the flow uniformity gradually improved as the fuel and oxygen utilization increased.

• 한국세라믹학회지
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• 제42권2호
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• pp.117-122
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• 2005

나노 코팅 기술로써 빠른 증착 속도와 미세구조 제어가 용이하여 항공기 엔진 부품 열차폐 코팅으로 널리 이용되는 Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD)세라믹 코팅 기술을 연료전지 전해질 제조에 적용하였다. EB-PVD 법을 이용하여 NiO-YSZ 기판에 YSZ 전해질을 약 10$\mu$m의 두께로 짧은 시간에 코팅하였으며 증착온도에 따라 나노 구조의 표면을 가진 YSZ 막을 얻을 수 있었다. 연료전지 전해질로서의 특성을 평가하기 위하여, 같은 조건의 코팅으로 $Al_{2}O_3$기판에 전해질을 동일한 조건으로 코팅하여 전해질의 전기적 특성을 평가하였다. 또한 양극물질로서 $LaSrCoO_3$ 분말을 일반적인 스크린 프린팅 기법으로 코팅하여 EB-PVD의 코팅을 이용한 고체산화물 연료전지 제조 가능성에 대하여 논의하였다

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.72.2-72.2
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• 2010

평판형 고체산화물 연료전지 스택의 고온 밀봉 구조에 대하여 설명하고 스택 운전 후 사후 분석을 통하여 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응에 대하여 고찰하였다. 대표적인 고온 밀봉재인 Barium-Silicate 계 결정화 유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판은 스택의 작동온도인 $700{\sim}850^{\circ}C$ 에서 고온 반응을 통하여 계면에 반응생성물을 형성하는 것이 확인되었다. 이러한 계면반응은 장기 운전시 SOFC 스택 성능 저하의 원인이 되고, 열 싸이클(작동온도${\leftrightarrow}$상온)을 가하면 계면반응 생성물이 delamination 되어 밀봉구조가 파괴되어 수명을 단축시키게 된다. 계면반응은 Fe-Cr 계 금속 분리판의 산화물인 Cr 산화물, Fe 산화물이 밀봉유리 소재와 반응을 일으키는 것이 주요 원인으로 판명되었다. SOFC 스택에서 열 싸이클시 계면반응에 의하여 기밀도가 감소하는 현상이 확인되었으며, 밀봉 구조의 어느 부분에서 계면반응이 진행되는지 관찰하였다. 이러한 계면반응을 막기 위해서는 금속 분리판과 밀봉유리 사이에 계면반응을 억제하는 보호층을 형성하는 방법이 효과적이다. 본 연구에서는 보호층으로서 밀봉유리 및 Fe-Cr 계 금속 분리판과의 계면반응성이 낮고 열팽창 계수가 비슷한 Yttria Stabilized Zirconia 층을 APS(Atmospheric Plasma Spray) 공정을 이용하여 형성하였다. 밀봉유리/YSZ 보호층/금속분리판은 gas-tight 한 밀봉 구조를 형성하였으며, YSZ 보호층은 밀봉유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판 소재와 계면반응을 효과적으로 억제하는 것이 확인되었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권4호
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• pp.265-270
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• 2014

Among the Ruddlesden-Popper series, $La_4Ni_3O_{10}$ has received widespread attention as a promising cathode material by reason of its favorable properties for realizing high performance of intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). The $La_4Ni_3O_{10}$ cathode is prepared using the facile sol-gel method by employing tri-blockcopolymer (F127) to obtain a single phase in a short sintering time. There are no reactions between the $La_4Ni_3O_{10}$ cathode and the $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-\delta}$ (GDC) electrolyte upon sintering at $1000^{\circ}C$, indicating that the $La_4Ni_3O_{10}$ cathode has good chemical compatibility with the GDC electrolyte. The maximum electrical conductivity of $La_4Ni_3O_{10}$ reaches approximately 240 S $cm^{-1}$ at $100^{\circ}C$ and gradually decreases with increasing temperaturein air atmosphere. The area specific resistance value of $La_4Ni_3O_{10}$ composite with 40 wt% GDC is $0.435{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. These data allow us to propose that the $La_4Ni_3O_{10}$-GDC composite cathode is a good candidate for IT-SOFC applications.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.557-564
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• 2021

페로브스카이트 구조를 갖는 Sr_0.92Y_0.08Ti_1-xV_xO_3-δ (SYTV)는 고체산화물 연료 전지(Solid oxide fuel cell, SOFC)에서 H₂S를 포함하는 연료를 사용하기 위한 대체 연료극으로 연구되었다. Sr_0.92Y_0.08TiO_3-δ (SYT)의 전기화학적 성능을 향상시키기 위해 페로브스카이트의 B-사이트에 위치한 티타늄을 바나듐으로 치환하였다. 페치니법을 통해 합성된 SYTV는 작동 온도 조건에서 추가적인 부산물의 형성 없이 YSZ(yttria-stabilized zirconia) 전해질과 화학적으로 안정했다. 바나듐의 치환량이 증가함에 따라 산소 공공 결함(Oxygen vacancy)이 증가하였으며, 생성된 산소 공공 결함으로 인해 연료극의 이온 전도도가 증가했다. 전지 성능은 850 ℃ 순수한 H₂ 연료 조건에서 바나듐 치환 정도에 따라 1 mol.%의 바나듐이 치환된 경우 19.30 mW/cm² 이고 7 mol.%의 바나듐이 치환된 경우 34.87 mW/cm²이다. 1000 ppm의 H₂S를 포함하는 H₂ 연료조건에서 cell의 최대 전력밀도는 1 mol.%의 경우 22.34 mW/cm²이고 7 mol.%의 경우 73.11 mW/cm²로 증가하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제49권6호
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• pp.498-506
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• 2016

Electrochemical measurement using a LSCF6428 electrode was performed to estimate the oxygen potential gradient in the electrode layer and a long time stability test was performed by applied potential to learn the overpotential effect on the LSCF6428 electrode. By fitting the observed impedance spectra, it was obtained that the amount of faradic current decreased with distance from cathode/electrolyte interface. Oxygen potential gradient was estimated to occur within 1 um region from the cathode/electrolyte interface at an oxygen partial pressure of 10-1 bar. The segregation of cation rich phases in the LSCF6428 electrode suggests that kinetic decomposition took place. However, impedance response after applying the potential showed no changes in the electrode compared with before applying potential. The obtained results suggest that segregation of a secondary phase in a LSCF6428 cathode is not related to performance degradation for solid oxide fuel cells (SOFCs).