• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.136.2-136.2
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• 2010

고전도성 세라믹 연결재용 $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{1-x}Ti_xO_3$ (X=0.1 and 0.2) 연결재 재료의 소결도와 전기전도도에 대해서 연구하였다. 이러한 목적으로 $LaCrO_3$, $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{0.8}Ti_{0.2}O_3$ (LSCT82), $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{0.9}Ti_{0.1}O_3$ (LSCT91) 분말들을 공침법을 통해 합성하였으며, 결정구조는 X-ray Diffraction(XRD)를 통해 확인하였다. 소결 특성은 주사 전자현미경을 통해 분석하였고 전기 전도도는 직렬 4-단자 법으로 측정하였다. 상대 밀도 분석으로부터 도핑된 $LaCrO_3$는 $LaCrO_3$보다 더 높은 소결성을 나타내었고, 입자 크기가 작을수록 소결성이 향상하는 것을 확인 할 수 있었다. 다양한 소결온도에서 얻은 LSC, LSTC 시편들의 XRD 결과는 LSC와 LSTC의 소결성이 2차상의 상전이와 밀접한 관련이 있다는 사실을 나타내었다. 다시 말해, LSTC는 $1300^{\circ}$이상 LSC는 $1400^{\circ}C$ 이상에서 2차상이 융해됨으로써 소결성을 현저하게 향상시킨다는 것을 알 수 있었다. 그리고 비슷한 상대밀도를 가진 LSC와 LSTC의 전기 전도도를 비교 측정한 결과, LSTC가 LSC보다 더 높은 전기 전도도를 나타낸다는 것을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.127.1-127.1
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• 2010

고체산화물연료전지는 고효율 및 무공해의 전기화학 에너지 변환장치로서, 최근 국내외에서 활발한 연구개발이 수행되고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지 시스템의 조기 상용화를 위해 시스템의 작동온도를 약 $800^{\circ}C$ 이하로 낮추고 저가로 생산 할 수 있는 제조공정 개발에 대한 연구를 적극적으로 수행하고 있다. 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 단위셀를 구성하는 연료극지지체 및 박막 전해질에 대해서 저가 양산의 테이프케스팅법 및 동시소성 공정, 그리고 연료극 지지체 전해질(anode-supported electrolyte)에 대한 공기극 페이스트 프린팅 제조공정에 대해 소개한다. 또한 고체산 화물연료전지의 제조공정 및 시간을 단축하기 위해 방전플라즈마 소결공법(SPS)에 의한 연료극 지지체 제조 공정, 단위셀의 성능 최적화를 위한 나노 스케일의 고성능 전해질 소재 분말합성 공정(crystallite size: 5~10nm, surface area : $100m^2/g$ 이상) 그리고 테이프케스팅에 의한 박막 전해질 제조 공정(thin film : $10{\mu}m$ 이하) 등 주요 단위셀 소재 및 부품의 제조공정 특성 그리고 단위셀의 전기화학적 특성(max. power density : 1.0 W/$cm^2$)에 대해 소개하며, 최종적으로 평판형 대면적 고체산화물연료전지(max. $20cm{\times}15cm$)의 단위셀 상용화 제조 기술 및 성능평가 기술에 대해서도 소개 할 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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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.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.1
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• pp.145-150
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• 1998

The electrical and mechanical properties of the 8 mol% yittria-stabilized zirconia and alumina composites have been examined as a function of the alumina content. The 3-point bending strength and fracture toughness of the composites increased with increasing alumina content up to 20 wt%. The average grain size of the composites decreased with increasing alumina content up to 20 wt%. The composite with 5 wt% $Al_2O_3$ showed a 3-point bending strength of 310 MPa and fracture toughness about $7.8MPa\cdot\textrm m^{1/2}$. The electrical conductivity of the composites at $1000^{\circ}C$ increased slightly with increasing alumina content up to 10 wt% and decreased monotonically with alumina content. The conductivity of the TZ-8YS with 5 wt% alumina was 0.4 S/cm at $1000^{\circ}C$.

• 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.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.44 no.12
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• pp.690-695
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• 2007

Scandia stabilized zirconia (ScSZ) is adapted for electrolyte material of solid oxide fuel cell (SOFC) because of its high ionic conductivity and chemical stability. ScMnSZ1 powder having a composition of $((ZrO_2)_{0.89}(Sc_2O_3)_{0.1}(MnO_2)_{0.01})$ is synthesized by ultrasonic spray pyrolysis (USP) method. Porous ScMnSZ1 powder is obtained by using a pore forming agent. Microstructure and morphology, particle size distribution of porous powder synthesized with 3wt% pore forming agent are investigated. Sintered ScMnSZ1 sample with ground fine powder are also investigated their microstructure and electrical conductivity. The electrical conductivity of sintered ScMnSZ1 samples with ground fine powder was 0.082 S/cm, 0.127 S/cm and 0.249 S/cm at $750^{\circ}C$, $800^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$, respectively.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.4
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• pp.399-407
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• 2011

This study analyzes the performance of hybrid power systems combining a solid oxide fuel cell (SOFC) and a gas turbine (GT). Research focus is given to the influence of the size-dependent gas turbine performance on hybrid system performance. Three hybrid systems adopting different gas turbines (kW, sub-MW, multi-MW classes) are designed. As the gas turbine power increases (i.e. as the gas turbine performance enhances), the gas turbine power portion increases and the hybrid system efficiency increases. The hybrid system shows efficiency improvement over the SOFC only system even in the case where the gas turbine net power is nearly zero. The increase of gas turbine pressure ratio contributes to the net hybrid system power output in all of the three cases, while system efficiency is almost independent on the pressure ratio.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.2
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• pp.158-165
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• 2001

고체산화물 연료전지용 밀봉재로서 전지 구성원과 열팽창계수가 유사하고 비젖음성 특성을 가지며 전지 작동온도에서 화학적 안정성을 갖는 밀봉유리를 개발하고자, BaO-Al$_2$O$_3$-La$_2$O$_3$-Ba$_2$O$_3$-SiO$_2$계 유리를 제조하여 조성 변화에 따른 열적 특성 변화와 접합후의 젖음성 및 반응성 등을 조사하였다. 유리망목 형성산화물인 B$_2$O$_3$와 SiO$_2$의 함량비 및 BaO의 망목 형성산화물(B$_2$O$_3$+SiO$_2$)에 대한 함량비 변화에 따른 유리의 열적 특성을 조사한 결과, 0.33~0.71의 B$_2$O$_3$/SiO$_2$함량비하에서 BaO/(B$_2$O$_3$+SiO$_2$)가 0.70일 때 유리의 열팽창계수는 106~111$\times$$10^{-7}$/K 이었으며 이때 연료전지 구성원인 YSZ(yttria stabilized zirconia)와의 열팽창 불일치(thermal expansion mismatch)가 가장 작았다. 또한 이러한 조성의 유리로부터 분말성형체를 제조하여 YSZ에 접합을 시도한 결과, 우수한 접합성 및 비젖음성을 확인할 수 있었으며, 800~8$50^{\circ}C$의 전지 작동온도에서 100시간까지 유지시에도 YSZ와의 계면반응이 일어나지 않음을 관찰할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.4
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• pp.283-289
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• 2001

Composite cathodes of 50/50 vol% LSM- YSZ (La$_{1-x}$Sr$_{x}$MnO$_3$-yttria stabilized zirconia) were deposited onto surface- Polished YSZ electrolytes by colloidal deposition technique. The cathode characteristics were then examined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) and studied by ac impedance spectroscopy (IS). The typical impedance spectra measured for an air/LSM- YSZ/YSZ/Pt/air cell at $700^{\circ}C$ were composed of two depressed arcs. Addition of YSZ to the LSM electrode significantly enlarged the triple-phase boundaries (TPB) length inside the electrode, which led to a pronounced decrease in cathodic resistivity of LSM-YSZ composite electrodes. Polishing the electrolyte surface to eliminate the influences of surface impurities and to enlarge the TPB length can further reduce cathode resistivity. The cathodic resistivity of the LSM- YSZ electrodes was a strong function of operation temperature, composition and particle size of cathode materials, applied current, and electrolyte surface roughness.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.6
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• pp.652-658
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• 1997

The phase stability in the interface of Sr-doped LaMnO3(LSM)/Gd-doped CeO2(CGO) was examined in this study in order to check the feasibility of using LSM as the cathode material in a low-temperature SOFC(solid oxide fuel cell) using CGO as the electrolyte. For the purpose, CGO powders of Ce0.82Gd0.18O0.91 and two LSM powders having different compositions, La0.9Sr0.1MnO3(LSM10) and La0.5Sr0.5MnO3(LSM50), were synthesized using Pechini method. Then, specimens having the LSM/CGO interface were prepared, heat-treated at 130$0^{\circ}C$ for up to 3 days, and analyzed by XRD and STEM/EDX. Face-centered cubic CGO powders of less than 10 nm size were obtained by calcination of polymeric precursor formed in the process at 45$0^{\circ}C$. Higher calcination temperature of $700^{\circ}C$ was necessary for monoclinic LSM10 and cubic LSM50 powders. LSM powders were coarser than CGO and observed to be in the range of 50~100 nm. No trace of LSM-CGO interaction product was found in the XRD pattern. Also it was known from the concentration profile in the vicinity of the interface that interdiffusion was occurred over only a small penetration depth of ~100 nm order.