This study aims to analyse the influence of steam injection on the performance of hybrid systems combining a solid oxide fuel cell and a gas turbine. The steam is generated by recovering heat from the exhaust gas. Two system configurations, with difference being the operating pressure of the SOFC, are examined and effects of steam injection on performances of the two systems are compared. Two representative gas turbine pressure ratios are simulated and a wide range of both the fuel cell temperature and the turbine inlet temperature is examined. Without steam injection, the pressurized system generally exhibits better system efficiency than the ambient pressure system. Steam injection increases system power capacity for all design cases. However, its effect on system efficiency varies much depending on design conditions. The pressurized system hardly takes advantage of the steam injection in terms of the system efficiency. On the other hand, steam injection contributes to the efficiency improvement of the ambient pressure system in some design conditions. A higher pressure ratio provides a better chance of efficiency increase due to steam injection.
The co-firing processes for the supported type planar solid oxide fuel cell were investigated. A flat cell of $7.7${\times}$10.8\textrm{cm}^2$ was fabricated successfully by the co-firing process, in which green films were co-sintered in the forms of two layers of anode/electrolyte or of three layers of anode/electrolyte/cathode with gas distributor. A co-fired cell of two layers yielded a power of 200 ㎽/$\textrm{cm}^2$ at 608 ㎷. Its performance loss was mainly due to iR drop in the anodic gas distributor, which was attributed to poor contact between anodic gas distributor and current collector. The performance in the co-fired cell of three layers was much lower than that of two layers, which resulted from the large iR drop and activation overvoltage at the cathodic side. In the co-fired cell of two layers, the impedance analysis indicated that the performance decay during cell operation is due to both anode overvoltage and iR drop at anode side. Also the electrode reaction of the co-fired two layers' cell is considered to be controlled by activation overvoltage within the low current of 50 ㎃.
In this paper, new concept of the diesel fuel processing is introduced for the stable operation of solid oxide fuel cells (SOFCs). Heavier hydrocarbons than $CH_4$, such as ethylene, ethane, propane, and etc., induce the carbon deposition on anode of SOFCs. In the reformate of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene, and JP-8), concentration of ethylene is usually higher than low hydrocarbons such as ethane, propane, and butane. So, removal of low hydrocarbons (over C1-hydrocarbons), especially ethylene, at the reformate gases is important for stable operation of SOFCs. New methodology as named "post-reformer" is introduced for removing the low hydrocarbons at the reformate gas stream. Catalyst of the NECS-PR4 is selected for post-reforming catalyst because the catalyst of NECS-PR4 shows the high selectivity for removing low hydrocarbons and achieving the high reforming efficiency. The diesel reformer and post-reformer are continuously operated for about 200 hours as integrated mode. The reforming performance is not degraded and low hydrocarbons in the diesel reformate are completely removed.
A fuel cell is an energy conversion device that converts a chemical energy directly into an electrical energy and has higher energy efficiency than an internal combustion engine, but solid oxide fuel cell (SOFC) consisting of brittle ceramic material remains as a major issue regarding the mechanical properties as the crack formation and propagation. In this study, the stress distribution and crack behavior around the crack tip were evaluated, due to investigated the effects of the surface crack at the operating condition of high temperature. As a result, the difference of the generated stress was insignificant at operating conditions of high temperature according to the surface crack length changes. This is because, the high stiffness interconnect has a closed structure to suppress cell deformation about thermal expansion. The stress intensity factor ratio $K_{II}/K_I$ increased as the crack depth increased, at that time the effect of $K_{II}$ is larger than that of $K_I$. Also the maximum stress intensity factor increased as the crack depth increased, but the location of crack was generated at the electrolyte/anode interface, not at the crack tip.
Among various fuel cells, solid oxide fuel cells (SOFCs) offer the highest energy efficiency, when taking into account the thermal recycling of waste heat at high temperature. However, the highest efficiency and lowest pollution for a SOFC can be achieved through the sophisticated control of its constituent components such as electrodes, electrolytes, interconnects and sealing materials. The electrochemical conversion efficiency of a SOFC is particularly dependent upon the performance of its electrode materials. The electrode materials should meet highly stringent requirements to optimize cell performance. In particular, both mass and charge transport should easily occur simultaneously through the electrode structure. Matter transport or charge transport is critically related to the configuration and spatial disposition of the three constituent phases of a composite electrode, which are the ionic conducting phase, electronic conducting phase, and the pores. The current work places special emphasis on the quantification of this complex microstructure of composite electrodes. Digitized images are exploited in order to obtain the quantitative microstructural information, i.e., the size distributions and interconnectivities of each constituent component. This work reports regarding zirconia-based composite electrodes.
An interconnect is the key component of solid oxide fuel cells that electrically connects unit cells and separates fuel from oxidant in the adjoining cells. To improve their surface stability in high-temperature oxidizing environments, metallic interconnects are usually coated with conductive oxides. In this study, lanthanum nickelates ($LaNiO_3$) with a perovskite structure are synthesized and applied as protective coatings on a metallic interconnect (Crofer 22 APU). The partial substitution of Co, Cu, and Fe for Ni improves electrical conductivity as well as thermal expansion match with the Crofer interconnect. The protective perovskite layers are fabricated on the interconnects by a slurry coating process combined with optimized heat-treatment. The perovskite-coated interconnects show area-specific resistances as low as $16.5-37.5m{\Omega}{\cdot}cm^2$ at $800^{\circ}C$.
Kim, Eui-Hyeon;Hwang, Heui-Soo;Ko, Myeong-Hee;Bae, Seung-Muk;Hwang, Jin-Ha
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.319.1-319.1
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2013
Solid oxide fuel cells (SOFCs) have been recognized as one of emerging renewable energy sources, due to minimized pollutant production and high efficiency in operation. The performance of SOFCs is largely dependent on the electrode polarization which involves the oxidation/reduction in cathodes and anodes along with the charge transport of ions and electronic carriers. Atomic layer deposition is based on the alternate chemical surface reaction occurring at low temperatures with high uniformity and superior step coverage. Such features can be extended into the coating of metal oxide and/or metal layer onto the porous materials. In particular, the atomic layer deposition is can manipulated in controlling the charge transport in terms of triple phase boundaries, in order to control artificially the electrochemical polarization in electrodes of SOFC. The current work applied atomic layer deposition of metal oxides intro the electrodes of SOFCs. The corresponding effect was monitored in terms of the electrochemical characterization. The roles of atomic layer deposition in solid oxide fuel cells are discussed towards optimized towards long-term durability at intermediate temperature.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.10
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pp.901-909
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2012
This paper describes characteristics of solid-state $NaBH_4$ hydrogen generation and supply system for fuel cell UAV. Flow rate and pressure of the generated hydrogen were dramatically changed during $NaBH_4$ decomposition using acid. Hydrogen supply was stabilized by a self-pressurized reactor, and hydrogen stabilization method was introduced. For hydrogen generation in below zero-temperature, hydrochloric acid was diluted by propylene glycol-water mixtures. Solid-state $NaBH_4$hydrogen generation and supply system was designed. Basic operation experiments was performed to reveal the characteristics of this hydrogen generation system.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.33
no.4
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pp.333-341
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2017
Recently, the earth has shown the limit of environmental capacity. It is also experiencing an environmental crisis with rising energy prices and depletion of coal. Therefore, development of renewable energy is very important solution. However, waste fuel solid are renewable fuels, but they cause environmental problems. In this study, the emission characteristics of hazardous air pollutants were analyzed through measurements at the facilities using solid fuels (SRF, BIO-SRF). Analysis method of PAHs are based on the Korea Standard Methods for Examination. The analysis of PAHs showed that the concentration much higher in Naphthalene, and Benzo(a)pyrene showed at a higher concentration incertain sources. As a result of gas phase and particle phase PAHs, most of Benzo(a)pyrene appeared to be particulate. Through the results of this study will provide basic data for atmospheric environmental management.
Widespread commercialization of solid oxide fuel cells (SOFCs) is expected to be realized in various application fields with the advent of cost-effective fabrication of cells and stacks in high volumes. Cost-reduction efforts have focused on production yield, power density, operation temperature, and continuous manufacturing. In this article, we examine several issues associated with processing for SOFCs from the standpoint of the bimodal packing model, considering the external constraints imposed by rigid substrates. Optimum compositions of composite cathode materials with high volume fractions of the second phase (particles dispersed in matrix) have been analyzed using the bimodal packing model. Constrained sintering of thin electrolyte layers is also discussed in terms of bimodal packing, with emphasis on the clustering of dispersed particles during anisotropic shrinkage. Finally, the structural transition of dispersed particle clusters during constrained sintering has been correlated with the structural stability of thin-film electrolyte layers deposited on porous solid substrates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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