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연료극 지지형 고체산화물 연료전지의 전기화학적 특성 (Electrochemical Characteristics of Anode-supported Solid Oxide Fuel Cells)

  • 윤성필;한종희;남석우;임태훈;홍성안;현상훈;유영성
    • 전기화학회지
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    • 제4권2호
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    • pp.58-64
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    • 2001
  • 기체/전해질/LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ 공기극이 만나는 삼상계면 (triple phase boundary) 주위에 YSZ ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) 코팅막 (coating film) 을 형성하여 추가로 삼상계면을 크게 늘린 새로운 전극 미세구조를 갖는 복합 공기극 (composite cathode) 을 개발하였다. 이 복합 공기극을 전해질 두께가 약 $30{\mu}m$인 연료극 (anode)v 지지체 위에 형성하여 $700\~800{\circ}C$의 온도에서 전류전압 특성 및 교류 임피던스 분석을 실시하였다. $800^{\circ}$, 공기 및 수소 조건에서 교류 임피던스 분석 결과 1000Hz주파수 영역을 대변하는 저항성분 R1은 연료극 분극 저항에 해당하였고 100Hz주파수 영역의 저항성분 R2는 공기극 분극 저항 성분, 그리고 10Hz이하 영역의 저항성분 R3는 전극을 통한 기체확산 저항성분으로 특히, 작동 조건인 공기 및 수소 분위기에서는 연료극 쪽 반응기체에 의한 기체확산 저항 성분임을 알 수 있었다. 전지성능 측정 결과 이 복합 공기극을 장착한 전지는 $800^{\circ}C$, 공기 및 산소 조건에서 각각 $0.55W/cm^2$ $1W/cm^2$의 높은 전지성능을 나타내었다. 전류전압 곡선은 기울기가 다른 두 구간으로 구분되었으며, 낮은 전류밀도 하에서 보이는 급격한 전압감소 구간은 공기극 분극저항이 주된 성능 저하의 원인인 반면, 높은 전류밀도 하에서 나타나는 완만한 전압 감소 구간은 전해질에 관련된 분극저항이 주된 성능 저하의 원인이었다.

KCl을 사용한 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2계 양극활물질의 잔류리튬 저감 및 전기화학특성 개선 (Improved Electrochemical Performance and Minimized Residual Li on LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Active Material Using KCl)

  • 유기원;신미라;신태명;홍태환;김홍경
    • 전기화학회지
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    • 제20권1호
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    • pp.7-12
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    • 2017
  • $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$의 전구체 물질에 KCl을 첨가함으로써, 리튬카보네이트($Li_2CO_3$)와 리튬수산화물(LiOH)의 양을 감소시켰을 때 전기화학특성에 어떤 영향을 주는지에 대한 연구를 진행하였다. KCl을 1 질량 %로 전구체에 첨가하여 $800^{\circ}C$에서 열처리 한 샘플의 경우, 첨가하지 않은 재료와 대비하여 잔류하는 리튬카보네이트($Li_2CO_3$)는 8,464 ppm에서 1,639 ppm으로 리튬수산화물(LiOH)은 8,088 ppm에서 6,287 ppm으로 크게 감소하였다. XRD 분석결과 KCl의 첨가는 모상구조에 영향을 주지 않았으며, 층상구조 결정성이 약간 개선되는 효과가 확인되었다. 또한, 전하전달 저항($R_{ct}$)은 $255{\Omega}$에서 KCl 첨가 시 $99{\Omega}$으로 감소하였다. 초기 방전 용량은 171.04 mAh/g에서 182.73 mAh/g으로 증가하였으며 싸이클 특성도 개선되었다. 특히, AFM 분석을 통하여 표면적이 50% 감소하는 것을 확인하였는데, 이는 잔류리튬의 산화반응으로 인한 열 때문일 것으로 해석되고, 전해질과의 부반응을 억제할 수 있는 장점이 있었다. 잔류리튬 제거를 위해 KCl을 첨가한 연구는, 아직까지 발표된 바가 없으며, $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$계 양극활물질의 전기화학특성을 개선하는데 매우 효과적임을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다.

테입캐스팅을 이용한 대면적 (100 cm2) 연료극 지지체식 평판형 고체산화물 연료전지의 개발 (Development of Anode-supported Planar SOFC with Large Area by tape Casting Method)

  • 유승호;송근숙;손희정;김종희;송락현;정두환;백동현;신동열
    • 전기화학회지
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    • 제6권1호
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    • pp.41-47
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    • 2003
  • 본 연구에서는 중저온에서 작동되는 연료극 지지체식 평판형 연료전지를 연구하였으며, 저가의 공정인 테입케스팅법을 이용하여 $0.8\~1mn$의 두께와 $25,\; 100,\;150cm^2$크기의 평판형 연료극 지지체를 제작하였고, 연료극 지지체의 특성을 확인하기 위해서 기공률, 가스 투과율 그리고 전기전도도 등을 측정하였다. $12wt.\%$의 결합제를 사용하여 제작된 지지체의 기공률은 $45.8\%$이고 환원 시 $53.9\%$로 증가함을 보였다. 연료극 지지체는 $850^{\circ}C$에서 900S/cm의 높은 전기전도도를 나타내었으며, 1기압 하에서 공기로 측정하였을 때 6l/min의 기체투과량을 보였다. 단전지의 제조는 테잎케스팅 법으로 제조된 연료극 지지체위에 슬러리 디핑 코팅법을 이용하여 전해질과 공기극을 순차적으로 제조하였다. YSZ의 농도를 $10wt.\%\;와\;20wt.\%$로 하여 제조된 전해질의 두께는 각각 form와 300m이었고, 공기극은 LSM-YSZ/LSM/LSCF의 다층 구조로 구성되었다. $10{\mu}m$두께의 전해질은 매우 치밀하였고 3기압 하에서 가스 투과도는 2.5ml/min을 나타내었다. 단전지의 성능 시험에서 $20\~30{\mu}m$두께의 전해질을 갖는 연료극 지지체식 평판형 연료전지는 $750^{\circ}C$에서 0.6V, $300 mA/cm^2$성능을 보였다.

유통 압착올리브유의 이화학적인 특성 (Analysis of Characterization in Commercial Extra Virgin Olive Oils)

  • 남하영;이기택
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제36권7호
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    • pp.866-873
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    • 2007
  • 국내에서 유통되는 국산 및 수입산 압착올리브유에 대한 향 성분 및 화학적 특성을 비교 분석하였다. 주요 향 성분의 구별을 위해 SPME-GC/MS 분석을 실시한 결과, 올리브유의 주요 향 성분으로 hexanal, 4-hexen-1-ol, (Z)-3-hexen-1-ol, acetic acid, 2,4-dimethyl-heptane 등이 동정되었고, MOS 유형의 전자코를 이용하여 향기성분패턴 분석결과, 올리브원유의 원산지에 따라 각기 다른 향기패턴을 보임을 확인할 수 있었다. 튀니지산(no. 10)을 제외한 12종의 압착올리브유는 유사한 지방산을 보였으며, 13종의 압착올리브유는 oleic acid(18:1, 61.1${\sim}$77.9 mole%)가 주요 지방산인 것으로 나타났으며 palmitic(16:0, 11.7${\sim}$16.5 mole%), linoleic(18:2, 4.7${\sim}$17.4 mole%), stearic(18:0, 1.9${\sim}$3.6 mole%), palmitoleic(16:1, 0.8${\sim}$2.2 mole%), linolenic acid(18:3, 0.7${\sim}$1.2mole%)의 순으로 구성되어 있었다. 조사된 13종의 압착올리브유에서 $L^{\ast}$값은 81.7${\sim}$92.9, $a^{\ast}$값은 -28.3${\sim}$13.5, $b^{\ast}$값은 52.2${\sim}$139.0을 나타내었다. 국내brand 압착올리브유에서는 16.7${\sim}$24.9 mg/100 g, 수입brand 압착올리브유에서는 6.2${\sim}$19.5 mg/100 g으로 전체적으로 국내산이 수입산보다 total phenol 함량이 높게 나타났다. 조사된 압착올리브유의 ${\alpha}-tocopherol$ 함량은 5.5${\sim}$12.8 mg/100 g의 분포를 보였다. 압착올리브유 시료들의 초기 POV는 13.5${\sim}$22.9 meq/kg oil의 수치를 보였고, 이들의 induction period time은 10번 시료(19.88 hr)를 제외하고 대부분의 시료들에서 31.76${\sim}$54.04 hr로 나타났다.

폐 배터리 셀 분말의 선택적 리튬 침출을 위한 질산염화 공정 최적화 연구 (A Study on Optimization of Nitric Acid Leaching and Roasting Process for Selective Lithium Leaching of Spent Batreries Cell Powder)

  • 정연재;박성철;김용환;유봉영;이만승;손성호
    • 자원리싸이클링
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    • 제30권6호
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    • pp.43-52
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    • 2021
  • 본 연구에서는 Taguchi method을 사용하여 폐 배터리 셀 분말(LiNixCoyMnzO2, LiCoO2)으로부터 선택적 리튬 침출을 위한 최적의 질산염화 공정에 대한 연구를 진행했다. 질산염화 공정은 질산 침출 및 배소를 통해 질산리튬을 제외한 질산 화합물을 산화물로 변환하여 선택적 리튬 침출을 하는 공정이다. 따라서 전처리 온도, 질산 농도, 질산 침적 양, 배소 온도에 대하여 Taguchi method를 적용하여 인자가 미치는 영향에 대한 분석을 실시하였다. L16(44)직교 배열표를 사용하여 실험하였으며, 신호 대 잡음비(S/N) 및 분산 분석(ANOVA)을 분석하였다. 그 결과 배소 온도가 가장 크게 영향을 미쳤으며 질산 농도, 전처리 온도, 질산 사용량 순으로 영향을 미쳤다. 각 인자에 대해 세부적인 실험을 진행한 결과 전처리 700℃에서 10시간, 10 M 질산 2 ml/g 침출, 275℃ 배소 10시간이 적절하였다. 그 결과 80% 이상의 리튬을 침출을 확인하였다. 400℃ 이상 배소 시 급격하게 리튬 침출율이 감소원인 분석을 위해 질산리튬과 질산 화합물을 배소 후 D.I water에서 침출하지 잔류물에 대해 XRD 분석을 진행하였다. 분석 결과 질산리튬과 질산망간과 400℃ 이상의 온도에서 리튬 망간 옥사이드의 형성하며 D.I water에서 침출하지 않음을 확인하였다. 질산염화 공정 시 침출된 용액을 고액분리 후 증발농축하여 XRD 분석한 결과 LiNO3의 회수를 확인하였다.

미륵사지 석탑 출토 사리장엄 금제유물의 재료학적 특성 (Material Characteristics of Gold Artifacts of Sarira Reliquary inside Stone Pagoda of Mireuksa Temple Site)

  • 권혁남;유동완;이장존;한민수
    • 헤리티지:역사와 과학
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    • 제47권4호
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    • pp.210-223
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    • 2014
  • 익산 미륵사지 석탑에서 출토된 사리장엄 중 금제유물은 사리내호, 봉영기 등 총 494점이다. 금제유물은 대부분 가공을 통해 제작하였으나 이 중 금정 22점과 금괴 4점은 형태를 가지고 있지 않은 금괴로 가공품을 만들기 전 단계의 것으로 판단된다. 일반적으로 금은 자연 상태에서 산화물이 아닌 금속의 형태로 존재하므로 용융, 가공 과정만을 통해서 형태를 제작할 수 있다. 그러나 자연금의 경우 은, 동 등 불순물이 포함되어 있으므로 연성을 가지기 위해서는 정제가 필요하다. 미륵사지 석탑 사리장엄에서 출토된 금제유물을 분석하여 그 특성을 알아보고자 하였다. 분석결과 순금제품과 은이 함유된 금제품, 자연금으로 추정되는 금괴류로 분류할 수 있었다. 순금으로 제작된 유물은 사리내호, 금제고리, 금제소형구슬이며, 1wt.% 내외의 동을 함유하고 있다. 이들 유물들은 두드려 형태를 만들기 위해 순금으로 제작한 것으로 보인다. 은이 함유된 유물은 봉영기, 족집게, 금제고리, 금정, 금괴 등이며, 강도가 필요한 형태를 제작하기 위해 은이 함유된 것으로 보인다. 특히, 금정, 금괴는 은, 동의 분포, 형태로 추정하였을 때 자연금으로 보이나 한국의 자료가 충분하지 않아 단정할 수는 없으며, 향후 다양한 지역의 괴 형태 금제유물에 대한 종합적인 조사가 이뤄져야 가능할 것으로 보인다. 금세공기술면에서는 미륵사지 석탑출토 사리장엄은 매우 정교한 기술을 보이고 있다. 또한 무게분포를 살펴보았을 때 한 냥의 명문이 있는 것의 무게가 14g 내외로 이를 기준으로 반 냥, 두 냥 등으로 무게가 분포하고 있다.