• 한국세라믹학회지
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• 제35권3호
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• pp.273-279
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• 1998

Unite cell of soid oxide fuel cell (SOFC) that consists of a dense yttria-stabilized zirconia(YSZ) electrolyte a porous nickel-YSZ cermet anode and a porous strontium- doped lanthanum manganate(LSM) cathod was fabricated from using pore former through co-firing technique. Initial sintering shrinkage rates of each layer were identified for fabricating SOFC. Heterogenous sintering was very effective in tailoring shrinkage rate for three layers. The powder tailoring necessary for shrinkage rate matching are as follows ; electrolyte of 60% TZ8YS/ 40% TZ8Y mixture anode of 51wt% NiO/49 wt% (70wt% TZ8YS/30 wt% UT ZrO2) mixture and cathode of 80% LSM/20% UT ZrO2 mixture . The overall sintering shrinkage rate differences of three layers using these compositions were maintained in a few percent.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.113-113
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• 2003

고체전해질체로 사용되는 산소이온전도체로는 $Y_2$O$_3$ 안정화 ZrO$_2$가 널리 연구되어 왔고, 실질적으로 많이 사용되고 있다. 그러나 특히 대전력을 얻고자 하는 고체전해질 연료전지 분야에 있어서는 다른 재료를 찾고자 하는 많은 노력이 이루어지고 있다. 이에 CeO$_2$계 세라믹스는 ZrO$_2$계보다 낮은 온도에서 더 높은 이온전도도를 가지고 있어 많은 주목을 받고 있다. 그러나 이 CeO$_2$계를 소결시키는 데는 1$600^{\circ}C$이상의 고온을 필요로 한다. 이 런 고온의 소결온도를 낮추기 위한 방안으로는 균일하고 미세한 출발원료를 사용하거나 소결조제를 첨가하는 것 등이 있다. 균일하고 미세한 출발원료를 제조하는 연구는 국내외에서 많이 이루어지고 있으나 소결조제 첨가에 대한 연구는 별로 이루어진게 없다. 다만 국외에서 Co$_3$O$_4$, Fe$_2$O$_3$, CoO 첨가에 의한 연구가 최근에 이루어지고 있으며, 본 연구실을 중심으로 Ga$_2$O$_3$, $Al_2$O$_3$ 첨가에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구실에서는 그간 공침법으로 제조되는 소결조제 첨가 Gd$_2$O$_3$-doped CeO$_2$ 분말을 사용하여 소결조제 첨가효과를 살펴보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.131.2-131.2
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• 2010

SOFC 발전 시스템은 친환경 고효율 에너지 발전 미래 에너지기술로서 개발의 초점이 되고 있다. SOFC는 연료전지 발전 기술 중 최고효율과 최장 수명을 가지며 유일하게 기존 발전기술과 가격 경쟁이 가능한 것으로 알려지고 있다. 현재 분산 발전용으로 개발이 진행되고 있으며 향후 중앙발전, 휴대용, 가정용 및 수송용 등으로 그 시장이 확대될 것으로 예상된다. 분산 발전 SOFC 개발을 위해서는 시스템 Scale-up이 기술 확보가 관건이며 특히 스택 제조 비용의 2/3 이상을 차지하는 대면적 단전지 제조 공정 기술 개발이 필요하다. 단전지 대면적화는 원가 절감 및 성능 개선을 기대할 수 있게 하므로 분산 발전 SOFC 상용화를 위한 핵심 기술이라 할 수 있다. 그러나 기존의 국내 SOFC 연구는 시스템이나 소형 단전지 위주로 진행되어 왔으며 대면적 단전지 제조를 위한 핵심 공정 기술에 대한 연구는 취약한 상황이다. 또한 랩스케일의 소규모 연구를 뛰어넘는 양산 기술 개발에 대한 연구는 전무한 실정이다. 또한 재료 및 공정 적합성을 요구하는 대면적 SOFC 단전지의 양산 기술 개발을 위해서는 원료 분말 및 기초소재의 국산화를 통한 제조 공정 윈도우를 확대하여 제조 수율을 향상하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 그동안 포스코파워(주)에서 대면적 SOFC 단전지 양산 기술 개발을 위해 추진 중인 $400cm^2$급 대면적 SOFC 단전지의 제조 및 성능에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다. 또한 대형 단전지 제조 공정의 재현성, 상용화 수준의 성능, 내구성 및 경제성 확보를 위한 공정 개선을 위한 포스코파워(주)의 연구 현황 및 양산 기술 확보를 위한 제조 윈도우 확보 전략에 대해 발표하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.309-311
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• 2007

Supramolecules containing double hydrogen bonding sites at their both chain ends were self-polymerized to become solid state polymer and were utilized to improve the efficiency of solid state DSSCs. Hydrogen bonding sites were attached at the chain ends of PEG of Mw=2000, such as pyrimethamine and glutaric acid. The solar cell with the solid state supramolecular polymer electrolyte resulted in the overall energy conversion efficiency of 4.63 % with a short circuit current density $(J_{sc})$ of 10.41 $mAcm^{-2}$, an open circuit voltage $V_{oc}$, of 0.71 V and a fill factor (FF) of 0.62 at one sun condition ([oligomer]:[1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (MPII)]:$[I_2]$ = 20 : 1 : 0.19, active area = 0.16 $cm^2$, $TiO_2$ layer thickness = 10 ${\mu}m$). The ionic conductivity of the sol id state electrolyte was $5.11{\times}10^{-4}$ (S/cm). The cell performance was characterized by electrochemical impedance spectroscopy and ionic conductivity.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.128-128
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• 1999

산소이온 전도체로 잘 알려진 Yttira-Stabilizd Ziroconia(TSZ)는 연료전지, oxygen pumps, chemical gas sensor 등 다양한 electrochemical divices에 이용되는 고체 전해질의 하나이다. 특히 YSZ는 oxygen 및 oxygen과 평형상태에 있는 gas들을 검출하는 sensor의 electrolyte로서 가장 많이 쓰이고 있다. 현재 상용화되어 있는 YSZ Sensor는 전통적인 bulk 형태의 ceramic으로 제작된 것으로 충분한 ionic conductivity를 얻기 위해서는 $600^{\circ}C$이상의 operating temperature를 필요로 하나 YSZ를 박막으로 제조시 낮은 operating temperature를 뿐만 아니라 sensor의 소형화, 낮은 ohmic loss 및 다양한 응용이 가능한 장점을 가질 수 있다. 본 실험에서는 산소 이온 전도체로서 8mol%-YSZ 고체전해질을 RF-magnetron bias sputtering 법을 이용하여 증착하였다. 제조된 YSZ 박막을 이용한 산소감응 센서셀 구조는 SiO2/Ni-NiO/Pt/YSZ/Pt-기판이다. 센서셀의 정상상태에서의 기전력(electromotive force ; EMF)을 산소분압(Po:1.013$\times$103Ta ~1.013$\times$105Pa)과 측정온도(30$0^{\circ}C$~$700^{\circ}C$)를 변화시키며 측정하였다. 이론적인 기전력과 측정값 사이의 편차는 Po:1.565$\times$104Pa 이하의 산소분압에서는 컸지만 이 이상의 분압에서는 이론치에 근접한 값을 가졌다. 증착한 YSZ와 Ni-NiO 박막의 구조는 X-ray diffractometer(XRD)를 이용하여 결정구조를 알아 보았고, TSZ 박막의 표면 morphology 관찰은 Scanning electron microscopy(SEM) 이용하였다. 박막의 조성분석은 X-ray energy dispersive analysis(EDX)을 사용하였다.

• 공업화학
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• 제4권1호
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• pp.153-161
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• 1993

$700-900^{\circ}C$의 온도범위와 여러 산소분압 조건에서 고체전해질 연료전지의 양극인 $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$에서 산소의 환원반응특성을 조사하였다. AC 임피던스법과 전류중단법에 의해 산소환원반응의 전하전달저항을 측정하였는데 두 방법으로 구한 간이 서로 잘 일치하였다. 전기화학적 산소환원반응의 활성화에너지는 대기압 조건에서 174kJ/mol의 값을 보였고, 산소분압에 따른 전하전달저항의 측정결과로 부터 이 전극에서 전기화학적 산소환원반응의 율속단계는 전하전달과정임을 알 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.33.2-33.2
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• 2011

고온형 SOFC의 개발에 있어 스택의 신뢰성을 확보하는데 가장 중요한 핵심기술은 스택 구성요소 사이를 접합하는데 필요한 고온형 밀봉재의 개발이다. SOFC 스택에서의 밀봉재는 고체전해질과 접속자 사이에서 음극에 공급되는 연료가스와 양극에 공급되는 공기가 서로 혼합되는 것을 방지하는 역할은 물론 기계적으로 취약한 단전지의 보호 및 스택전체 구조물의 구조적 일체성(Structural integrity)을 부여하는데 주목적이 있다. 현재 기체 기밀성을 유지하기 위한 밀봉재는 크게 유리 및 결정화 유리계, mica및 mica/유리복합재료, 유리/충전재 복합재료 등이 사용되고 있으나 다수의 단위전지로 구성되는 스택 구성에서 스택의 열기계적 안정성 및 장기수명을 보장하기 위해서는 본 연구에서 개발하고자 하는 복합밀봉재가 가장 적합할 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 $SiO_2-B_2O_3-RO$계에 BaO, SrO를 일정비율로 첨가하여 제작된 유리 frit을 열처리하여 물리화학적 물성변화를 검토하였으며, $700^{\circ}C$ 이하의 연화점을 갖는 유리를 기지상으로 하고 세라믹 보강재를 첨가한 고온형 복합밀봉재를 개발하고 그 물리화학적 안정성, 열기계적 안정성 및 밀봉 특성을 평가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.305-305
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• 2007

SOFC용 밀봉유리$({\sim}10.0{\times}10^{-7}/K)$의 열팽창 계수를 SUS430$({\sim}12.0{\times}10^{-7}/K)$ 인터커넥터에 매칭 시키기 위하여 모유리에 비하여 열팽창계수가 큰 $CaTiO_3\;({\sim}13.5{\times}10^{-7}/K)$ 입자를 필러로서 첨가하였다. 필러입자의 첨가량이 증가함에 따라 밀봉재의 열팽창 계수가 증가하고, 동일 함량의 필러를 첨가하는 경우 필러 입자의 크기가 작을 수록 밀봉재의 연화점 상승 폭이 커서 SUS430 기판과의 접합 상태가 불량해짐을 관찰하였다. 필 테스트, 접합시험, 미세구조 분석 등을 통하여 필러 입자 크기가 증가 할 수록 SUS430과의 접합이 가능한 범위 내에서 보다 많은 양의 필러를 첨가하는 것이 가능하기 때문에 열팽창 계수 제어가 용이하다는 것을 확인 할 수 있었다.