• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.84.1-84.1
• /
• 2011

Typical solid oxide fuel cells (SOFCs) have limited applications because they operate at high temperature due to low ionic conductivity of electrolyte. Thin film solid oxide fuel cell with yttria stabilized zirconia (YSZ) electrolyte is developed to decrease operating temperature. Pt/YSZ/Pt thin film SOFC was fabricated on anodic aluminum oxide (AAO). The crystalline structure of YSZ electrolyte by sputter is heavily depends on the roughness of porous Pt layer, which results in pinholes. To deposit YSZ electrolyte without pinholes and electrical shortage, it is necessary to deposit smoother and denser layer between Pt anode layer and YSZ layer by sputter. Atomic Layer Deposition (ALD) technique is used to deposit pre-YSZ layer, and it improved electrolyte quality. 300nm thick Bi-layered YSZ electrolyte was successfully deposited without electrical shortage.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제45권12호
• /
• pp.802-806
• /
• 2008

A proper sealant for low temperature SOFCs should show zero or low leak rates to avoid direct mixing of the fuel and oxidant gases or leakage of fuel gas during the operation of SOFCs. Furthermore, it should be chemically and/or mechanically stable in both oxidizing and reducing environments and chemically compatible with other fuel cell components. In the present work, we developed a novel compressed seal gasket of glass-based composite reinforced with ceramic particulate particles, which can efficiently control the viscous flow of glass matrix as well as the crystallization of glass phase. This novel sealing gasket showed excellent gas tightness under very low compressive load which would be suitable for the operation of SOFCs in the temperature range $600{\sim}650^{\circ}C$.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제34권4호
• /
• pp.448-454
• /
• 2010

GHG 및 대기오염물질 배출 규제는 고효율 및 친환경에 적합한 새로운 선박용 동력장치의 필요성을 제기하고 있다. 최근 이와 같은 문제들을 근본적으로 해결하기 위한 지속가능한 방법으로서 연료전지를 선박의 동력발생장치로 도입하고자 하는 검토가 진행되고 있다. 본 논문은 액체연료인 메탄올을 기반으로 한 고체산화물형 연료전지시스템의 성능 특성을 분석한 것으로 공기극 입구온도 일정의 조건에서 스택의 작동온도, 전류밀도, S/C, 수소연료 이용률의 영향을 시뮬레이션으로 검토하고 있으며, 그 결과를 기체연료인 메탄의 경우와 비교하고 있다.

• 에너지공학
• /
• 제25권1호
• /
• pp.76-85
• /
• 2016

본 연구에서는 병참연료인 가솔린을 연료프로세서의 연료로 선택하여 광범위한 온도범위에서도 적용가능한 시동 및 제어 전략을 제시하였다. 가솔린 연료프로세서는 시동 초기 단계에서 연소 방식으로 상온상태의 자열개질기 촉매를 라이프온도까지 가열시킨다. 안정적인 가솔린-공기 혼합기체의 점화를 위하여 유동방향 기준 촉매 하단에 글로우 플러그를 설치하였다. 자열개질기가 촉매반응을 시작하면 가솔린 연료프로세서의 개질기는 정상상태까지 POX 모드, 부분 ATR 모드, 완전 ATR 모드 순으로 운전된다. 최종적으로 확립된 시동 및 제어 전략은 상온 및 저온 환경에서 가솔린 연료프로세서의 실제 실험을 통해 타당성을 확인하였다. 그 결과 가솔린 연료프로세서는 상온 및 저온에서 40분 이내에 정상상태에 도달하여 수소 37 ~ 42 vol.%(dry basis), 일산화탄소 0.3 vol.%의 개질가스를 생성할 수 있었다.

• 한국가스학회지
• /
• 제27권3호
• /
• pp.41-51
• /
• 2023

지구 온난화로 인한 이상기후 현상이 빈번하게 발생함에 따라 많은 국가들이 탄소 중립을 선언하였고, 수소경제 사회로의 진입을 위해 노력하고 있다. 이때 암모니아는 수소 저장 밀도가 높아 수소 캐리어로써의 역할로 주목받고 있을 뿐만 아니라 무탄소 연료로써 활용의 역할도 주목받고 있다. 특히 암모니아 연료전지에 있어서, 음이온 교환막 연료전지에서는 별도의 암모니아 분해 장비나 수소 고순도화 장비가 필요 없이 암모니아를 바로 연료전지로 공급해 줄 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 음이온 교환막 연료전지의 작동 원리 및 연구 동향을 살펴보고 이를 바탕으로 음이온 교환막 연료전지에서 암모니아를 직접 연료로 활용한 연구 사례들을 알아보고자 한다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제36권4호
• /
• pp.391-402
• /
• 1999

Characteristics of composite electrolytes which were prepared by coating a thin film of YSZ (yttria sta-bilized zirconia : (ZrO2)0.92 (Y2O3)0.08) on YDC (yttria doped ceria : Ce0.8Y0.2O1.9) with mixed conductivity have been investigated in order to develop the low-temperature solid oxide fuel cell. The thickness (t) of spin-coated YSZ thin films after the heat-treatment at 600$^{\circ}C$ was increased proportionally to the sol con-centrations (C) while the decrease in its thickness with the spin rate ($\omega$) could be expressed in the e-quation of ln t=9.49-0.53 ln $\omega$(0.99mol//s sol conc.) When the sol concentration and the spin rate being less than 0.99 mol/l and higher than 1000 rpm respectively reliable YSZ/YDC composite electrolytes could be obtained by multi-coating although several micro-cracks were observed in singly coated YSZ film surfaces. The dense YSZ film with a 1$\mu\textrm{m}$ thickness was prepared by coating of 0.99 mol/l YSZ sol five-times at 2000 rpm followed by heat-treatment at 1400$^{\circ}C$ for 2h, The adhesion between YSZ film and YDC substrate was found to be very good. The open circuit voltages of H2/O2 single cell with YSZ/YDC composite electrolytes were 0.79∼0.82 V at 800$^{\circ}C$ and 0.75∼0.77V at 900$^{\circ}C$ The open circuit voltage was inversely proportioned to the thickness ratio of YSZ thin film (1$\mu\textrm{m}$) to YDC substrate(0.28-2.22 mm)

• 전기화학회지
• /
• 제10권1호
• /
• pp.25-30
• /
• 2007

고분자전해질 연료전지의 성능은 cell 온도, 전체 압력, 반응 기체의 부분 압력 상대습도와 같은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는다. 이온화된 수소 이온은 $H_3O^+$의 형태로 membrane을 통과하여 물을 생성하는 반응으로 전기를 발생시킨다. 대용량 연료전지에서는 부수적으로 생성되는 열을 제거하거나 다른 용도로 사용할 목적으로 냉각시스템이 필요하다. 냉각수의 전도도가 상승할 경우에 연료전지에서 발생된 전류의 일부가 냉각수를 통하여 누설되어 연료전지의 성능을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 3차 증류수와 ethylene glycol이 함유되어 있는 부동액을 사용하여 저항 수치 변화를 관찰하는 실험을 수행하였다. 3차 증류수의 경우 저항값이 설정치 이하로 내려가는데 약 28일이 소요되었고, 연료전지의 운전에 의한 영향은 관찰되지 않았다. 부동액을 냉각수로 사용한 경우는 43일이 지나도 저항값이 설정치 이하로 내려가지는 않았지만, stack 분리판의 접착부에 이상이 생긴 것으로 추정되는 연료전지의 성능 저하가 발생하여 전도도 실험을 중단하였다. 고분자전해질 연료전지에서는 수소이온의 이온전도성 저하를 방지하기 위하여 외부에서 가습하여 주는 방식이 일반적이지만, 소용량 연료전지에서는 무가습 조건을 적용하여 연료전지의 효율을 높이고 제작단가도 경감할 수 있다. 이를 위하여 저가습 및 무가습 실험을 수행하였으나 대용량 연료전지에서는 양측 무가습인 경우에 $50{\sim}60^{\circ}C$ 이상의 고온에서 성능이 발현되기 어려운 것으로 관찰되었다. 냉각수의 유량을 다르게 하여 실험을 수행한 경우에는 0.78L/min과 같은 낮은 유량에서 출구온도와 입구온도를 측정하여 본 결과 두 온도 사이에 ${\Delta}T$가 다른 유량에서보다 크게 발생하여 성능이 감소된 것으로 사료된다. 이와 같이 냉각수의 온도와 유량을 다르게 하여 양측 무가습 실험을 수행한 결과, 연료전지의 성능이 cell 온도에 직접적인 연관이 있는 것으로 관찰되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제31권6호
• /
• pp.596-604
• /
• 2020

Solid oxide electrolysis cell (SOEC) attracts much attention because of its high energy efficiency among many water-electrolysis technologies. SOEC operates at temperatures above 700℃, so that the water required for water-electrolysis must be supplied in the form of steam. When the steam to be supplied to the SOEC is generated by the SOEC system itself, an enormous amount of latent heat is required to vaporize the water, so additional energy must be supplied to the SOEC system. On the other hand, if the steam can be supplied from the outside, a small amount of energy is required to raise the temperature of the low temperature steam, so that the SOEC system can be operated without additional energy supply from outside, which enables efficient water-electrolysis. In this study, we figure out the size of heat exchanger for various steam temperature and effectiveness of heat exchanger, and propose the energy efficiency of the system.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제16권1호
• /
• pp.82-91
• /
• 2005

Polymer membrane needs to maintain appropriate moisture. Insufficient moisture causes low conduction of hydrogen ion because of increased contact resistance between electrode and membrane by shrinking membrane, and abundant moisture decreases fuel cell performance as difficulty of diffusion reacting gas. Therefore, water controlling system is very consequential for the polymer membrane fuel cell. If hollow fiber membrane humidification is used between fuel and air lines, it is possible to supply heat to fuel and air by using thermal exchanger. It can supply appropriate humidity depending on operating temperature, and can recover heat from exhaust gas which contains water vapor and air. Because of simple structure of humidification system, this system can be easily applied in the PEMFC and cut down cost.

• Macromolecular Research
• /
• 제14권4호
• /
• pp.449-455
• /
• 2006

Ionic cluster mimic, polymer electrolyte membranes were prepared using polymer composites of crosslinked poly(vinyl alcohol) (PVA) with sulfated-${\beta}$-cyclodextrins (${\beta}-CDSO_3H$) or phosphated-${\beta}$-cyclodextrins (${\beta}-CDPO(OH)_2$). When Nafion, developed for a fuel cell using low temperature, polymer electrolyte membranes, is used in a direct methanol fuel cell, it has a methanol crossover problem. The ionic inverted micellar structure formed by micro-segregation in Nafion, known as ionic cluster, is distorted in methanol aqueous solution, resulting in the significant transport of methanol through the membrane. While the ionic structure formed by the ionic sites in either ${\beta}-CDSO_3H$ or ${\beta}-CDPO(OH)_2$ in this composite membrane is maintained in methanol solution, it is expected to reduce methanol transport. Proton conductivity was found to increase in PVA membranes upon addition of ionized cyclodextrins. Methanol permeability through the PVA composite membrane containing cyclodextrins was lower than that of Nafion. It is thus concluded that the structure and fixation of ionic clusters are significant barriers to methanol crossover in direct methanol fuel cells.