The Korea Electric Power Research Institute (KEPRI) has been developing planar solid oxide fuel cells (SOFCs) and power systems for combined heat and power (CHP) units. The R&D work includes solid oxide fuel cell (SOFC) materials investigation, design and fabrication of single cells and stacks, and kW class SOFC CHP system development. Anode supported cells composed of Ni-YSZ/FL/YSZ/LSCF were enlarged up to $15{\times}15\;cm^2$ and stacks were manufactured using $10{\times}10\;cm^2$ cells and metallic interconnects such as ferritic stainless steel. The first-generation system had a 37-cell stack and an autothermal reformer for use with city gas. The system showed maximum stack power of about $1.3\;kW_{e,DC}$ and was able to recover heat of $0.57{\sim}1.2\;kW_{th}$ depending on loaded current by making hot water. The second-generation system was composed of an improved 48-cell stack and a prereformer (or steam reformer). The thermal management subsystem design including heat exchangers and insulators was also improved. The second-generation system was successfully operated without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about $1.3\;kW_{e,DC}$ with hydrogen and $1.2\;kW_{e,DC}$ with city. The system also recuperated heat of about $1.1\;kW_{th}$ by making hot water. Recently KEPRI manufactured a 2kW class SOFC stack and a system by scaling up the second-generation 1kW system and will develop a 5kW class CHP system by 2010.
Kim, Kyung-Jo;Yoo, Jong-Chan;Yang, Jung-Seok;Baek, Kitae
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.6
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pp.733-738
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2013
Sediment contains a high fraction of organic matter, high buffering capacity, and a large portion of fine grained particles such as silt and clay, which are major barriers to remove heavy metals from sediments. In this study, a lab-scale electrokinetic (EK) technique was applied to remove heavy metals effectively from marine sediment at a constant voltage gradient of 2 V/cm. A concentration of 0.1 M of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid (CA), $HNO_3$, and HCl were circulated in the cathode, and tap water was circulated in the anode. CA extracted 92.4% of Ni, 96.1% of Cu, 97.1% of Zn, and 88.1% of Pb from marine sediment. A higher voltage gradient enhanced the transport of citrate and EDTA into the sediment and, therefore, increased metal extraction from the marine sediment through a complexation reaction between metals and the chelates. Based on these results, the electrokinetic process using a high voltage gradient with EDTA and CA might be useful to extract heavy metals from marine sediment.
Optimum design of flow channel in the separation plate of Proton Exchange Membrane Fuel Cell is very prerequisite to reduce concentration over potential at high current region and remove the water generated in cathode effectively. In this paper, fully 3 dimensional computational model which solves anode and cathode flow fields simultaneously is developed in order to compare the performance of fuel cell with parallel and interdigitated flow channels. Oxygen and water concentration and pressure drop are calculated and i-V performance characteristics are compared between flows with two flow channels. Results show that performance of fuel cell with interdigitated flow channel is hi민or than that with parallel flow channel at high current region because hydrogen and oxygen in interdigitated flow channel are transported to catalyst layer effectively due to strong convective transport through gas diffusion layer but pressure drop is larger than that in parallel flow channel. Therefore Trade-off between power gain and pressure loss should be considered in design of fuel cell with interdigitated flow channel.
An electrolytic oxidation process was applied to remove odorous compounds from non-point odor sources including wastewater pipelines and manholes. In this study, a distance between the anode and the cathode of the electrolytic process was varied as a system operating parameters, and its effects on odor removal efficiencies and reaction characteristics were investigated. Odor precursors such as sediment organic matters and reduced sulfur/nitrogen compounds were effectively oxidized in the electrolytic process, and a change in oxidation-reduction potential (ORP) indicated that an stringent anaerobic condition shifted to a mild anoxic condition rapidly. At an electrode distance of 1 cm and an applied voltage of 30 V, a system current was maintained at 1 A, and the current density was 23.1 $mA/cm^{2}$. Under the condition, the removal efficiency of hydrogen sulfide in gas phase was found to be 100%, and 93% of ammonium ion was removed from the liquid phase during the 120 minute operating period. Moreover, the sulfate ion (${SO_4}^{2-}$) concentration increased about three times from its initial value due to the active oxidation. As the specific power consumption (i.e., the energy input normalized by the effective volume) increased, the oxidation progressed rapidly, however, the oxidation rate was varied depending on target compounds. Consequently, a threshold power consumption for each odorous compound needs to be experimentally determined for an effective application of the electrolytic oxidation.
A dimensionally stable anode based on the $RuO_2$ electrocatalyst is an important electrode for generating chlorine. The $RuO_2$ is well-known as an electrode material with high electrocatalytic performance and stability. In this study, sonoelectrodeposition is proposed to synthesize the $RuO_2$ electrodes. The electrode obtained by this novel process shows better electrocatalytic properties and stability for generating chlorine compared to the conventional one. The high roughness and outer surface area of the $RuO_2$ electrode from a new fabrication process leads to increase in the chlorine generation rate. This enhanced performance is attributed to the accelerated mass transport rate of the chloride ions from electrolyte to electrode surface. In addition, the electrode with sonodeposition method showed higher stability than the conventional one, which might be explained by the mass coverage enhancement. The effect of sonodeposition time was also investigated, and the electrode with longer deposition time showed higher electrocatalytic performance and stability.
$RuO_2$ is a common active component of Dimensionally Stable Anodes (DSAs) for chlorine evolution that can be used in wastewater treatment systems. The recent improvement of chlorine evolution using nanostructures of $RuO_2$ electrodes to increase the treatment efficiency and reduce the energy consumption of this process has received much attention. In this study, $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes were simply fabricated using the sol-gel method with organic surfactants as the templates. The obtained $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes exhibit enhanced electrocatalytic activities for chlorine evolution possibly due to the active surface areas, especially the outer active surface areas, which are attributed to the increase in mass transfers compared with a conventional nanograin electrode. The electrocatalytic activities for chlorine evolution were increased up to 20 % in the case of the nanorod electrode and 35% in the case of the nanosheet electrode compared with the nanograin electrode. The $RuO_2$ nanorod 80 nm in length and 20-30 nm in width and the $RuO_2$ nanosheet 40-60 nm in length and 40 nm in width are formed on the surface of Ti substrates. These results support that the templated $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes are promising anode materials for chlorine evolution in future applications.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.333-333
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2011
We have investigated the breakdown properties in liquids by high voltage pulse system. High voltage pulse power system is consisted of the Marx-generator with two capacitors (0.5 ${\mu}F$, withstanding voltage is 40 kV), to which the charging voltage can be applied to maximum 30 kV DC, spark gap switch and charging resistor of 20 $M{\Omega}$. We have made use of tungsten pin electrodes of anode-cathode (A-K), which are immersed into the liquids. The breakdown voltage and current signals are measured by high voltage probe (Tektronix P6015A) and current monitor (IPC CM-1.S). Especially the high speed breakdown or plasma propagation characteristics in the pulsed A-K gap have been investigated by using the high speed ICCD camera. We have measured the electron temperature through the Boltzmann plot method from the breakdown spectrums. Here the A-K gap has been changed by 1 mm, 2 mm, and 3 mm. The used liquids are distilled water and solution of salt (0.9 %). The output voltage and current signals at breakdown in distilled water are shown to be bigger than those in saline solution. The breakdown voltage and current characteristics in liquids will be discussed in accordance with A-K gap distances. It is also found that the electron temperatures and plasma densities in liquids are decreased in conformity with A-K gap.
Long endurance is a key issue in the application of unmanned aerial vehicles. This study presents feasibility test results when fuel cell system as an alternative to the conventional engine is applied for the power of the UAV after the 150W fuel cell system is developed and packaged to the 1/4 scale super cub airplane. Fuel cell system is operated by dead-end method in the anode part and periodically purged to remove the water droplet in flow field during the operation. Oxygen in the air is supplied to the stack by the two air blowers. And fuel cell stack is water cooled by cooling circuit to dissipate the heat generated during the fuel cell operation. Weight balance is considered to integrate the stack and balance of plant (BOP) in package layout. In flight performance test, we demonstrated 4 times standalone take-off and landing. In the laboratory test simulating the flight condition to quantify the energy flow, the system is analyzed in detail. Sankey diagram shows that electric efficiency of the fuel cell system is 39.2%, heat loss 50.1%, parasitic loss 8.96%, and unreacted purged gas 1.67%, respectively compared to the total hydrogen input energy. Feasibility test results show that fuel cell system is high efficient and appropriate for the power of UAV.
Denitrification from aqueous solution was investigated through patent analysis and electrochemical denitrification experiment. Among several candidates, biological treatment and oxidation/reduction method are mainly discussed. Recently, patent pending concerning to electrochemical treatment is increasing. Based on basic electrochemical study, total nitrogen was removed up 47% by 1-hour galvanostatic electrolysis with Fe cathode and Pt anode. More applicable technique to industry could be mentioned combination of two or more technologies suitable to waste water characteristics. In the case of small and concentrate effluent, combination of chemical and electrochemical treatment would be recommendable because nitrate could be easily converted to nitrite by chemical treatment, and in that case denitrification by electrolysis becomes more efficient and metal ions from chemical treatment can be recovered during electrolysis.
Due to excellent corrosion resistance, in particular against sea water, Al-2wt.$\%$Zn alloys have been used as the sacrifice anode material for tube of the ORV. Al-2wt.$\%$Zn alloys thermal-sprayed coating, however, were spalled on the lower part of ORV due to the lack of bonding strength between base material and coating layer and the dropping energy of sea water, To overcome the problems of the thermal spray coating, we developed the cladded tube manufacturing process by coextrusion of the clad and base metal. The corrosion resistance of cladded tube was improved by two times at least, compared with that of the present thermal spray coated vaporizer tubes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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