• 오토저널
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• 제2권2호
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• pp.1-15
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• 1980

에너지사정은 날이 갈수록 악화일로에 있으며, 이 추세는 장차 그 도를 심화시켜 갈 것으로 전 망된다. 이와 같은 상황하에서 거의 석유베이스의 연료에 의존하고 있는 내연기관 특히 자동차는 경제활동 및 국민생활에 불가결의 수단으로 제공되고 있는 바, 그 수요에 약간의 제동이 걸렸 다고 하지만, 장기적으로 볼 때, 수요증대와 이에 따른 공급증대는 필연적인 것으로 인정되고 있다. 내연기관의 연료로서 석유베이스가 아닌 신대체연료로서 가장 유망시되고 있는 것은 메타 놀과 수소로 보고 있다. 메타놀은 현재 알려진 제조법으로서는, 석탄이나 석유와 같이 매장량이 제한되어 있는 화석의 일차제품에 좌우된다는 문제를 내포하고 있는데 반하여, 수소는 물 및 핵에너지로부터 얻어지므로, 장기적으로 볼 때 가솔린의 일반적인 대용으로서 탄소를 함유하는 원재료에 의존하지 않는 대상이 되는 것은 수수뿐이다. 수소의 이용에 있어서, 제조소로부터 스탠드까지의 하부조직이 없는 것이, 자동차 내 저장문제와 더불어, 오늘날 수소자동차의 일반적 이용을 지지하고 있다고 하더라도, 수소동력은 그 배출가스가 거의 무해한 까닭으로, 가까운 장래에 시내교통과 같은 특수한 경우에는 활용할 수 있을 것이다. 또한 가솔린과 수소의 혼합 연료에 의한 운전을 서서히 도입함으로써, 수소기술로의 전환이 용이하게 된다. 이렇듯 탄소를 함유하는 원료에 의존하지 않는 대체연료로서 수소가 유망시되고 있는데, 이 때 신연료의 이용 가능성만이 중요한 것이 아니고, 연료의 제조, 저장과 분배, 수송, 그리고 자동차의 운전에 이 르기까지의 문제를 기술적 및 경제적 관점에서 파악하여야 한다. 그 가운데서, 특히 신연료가 자동차기관을 중심으로 한 내연기관의 대체연료로서 적합하냐 아니냐, 또한 기관, 연료계통 등에 별로 개조를 가할 필요가 있느냐 없느냐 하는 기술적 파악이 먼저 제기된다. 앞으로 이 문제에 한하여 논의하기로 한다.

• 청정기술
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• 제14권1호
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• pp.61-68
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• 2008

연료전지기술은 환경적으로 유해한 오염물질을 발생시키지 않으려, 높은 에너지 밀도를 가지는 청정에너지기술이다. 특히 고분자전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 넓은 응용분야로 인해 최근 큰 관심을 받고 있으며, 폭넓은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 단위전지 내 연료극(anode) 및 공기극(cathode) 촉매 층을 대상으로 고분자전해질연료전지의 운전시간 경과에 대한 성능변화 및 안정성을 예측하는 모델링을 수행하였다 촉매층에서 발생하는 단위전지의 주요한 성능감소 원인으로 연료극에서의 일산화탄소 피독 현상을 고려하였다. 전지의 장기간 운전모델링 결과 연료극에 공급되는 기체 내의 일산화탄소 비율이 클수록 단위전지성능의 안정성이 크게 감소되는 것으로 나타났다. 또한 장기 운전시 공기극의 느린 산소환원반응과 백금의 용해와 소결에 의해 전지의 성능이 감소되는 것으로 나타났다. 이들을 극복하는 방안으로 연료극에 공급되는 수소의 비율을 높이고 공기극의 촉매층 내에 있는 백금양을 높이는 것을 제안하고자 한다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.222-228
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• 2019

양성자 교환막 연료전지 (PEMFC) 시스템은 환경 친화적인 전력 공급원으로 많은 잠재적 용도를 가지고 있다. 탄소섬유 복합재료 분리판은 산성환경에서 내부식성이 우수하며 높은 비강도와 비강성을 갖지만, 상대적으로 낮은 전기전도도로 인하여 PEMFC의 효율을 떨어뜨린다. 본 연구에서는 분리판의 전기 저항을 감소시키기 위하여 전기 전도성 입자(흑연 분말과 카본 블랙)를 탄소-에폭시 복합재료 프리프레그에 도포하였다. 전기 저항과 기계적 특성을 기존의 시험 방법을 사용하여 측정하였으며, 개발된 탄소 복합재료 분리판의 단위 셀 성능평가를 실시하여 기존의 분리판과 비교하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제19권3호
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• pp.597-632
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• 2010

지구온난화의 주요 원인이 되는 온실가스 증가는 화석연료의 사용과 세계 각 지역에 분포된 산림의 벌채 및 파괴에 주로 기인하고 있다. 화석연료의 연소는 대기에 탄소를 증가시키는 반면에 산림자원과 더불어 화석연료 소비의 감소를 초래하는 연료용 목재의 사용은 대기의 탄소를 일정하게 유지하는 역할을 수행한다. 특히, 목조 주택과 목조구조물, 그리고 산림을 구성하는 나무는 지하에 매장된 화석연료처럼 대기로부터 탄소를 흡수하여 저장하는 기능을 한다. 따라서 본 연구는 지구온난화의 완화를 위해 산림자원이 기여하는 현안들을 논의하기 위해 목재시장, 화석연료시장, 탄소순환 과정을 결합한 통합모형을 개발하였다. 본 연구는 이산시간 적정제어이론을 사용하여 통합모형에 포함된 내생변수들의 적정시간경로와 운동방정식, 그리고 정상상태에서의 해를 도출하였다. 본 연구는 이 결과를 바탕으로 대기에 축적되는 탄소를 줄이기 위해 규제당국이 교부하거나 부과할 보조금 및 조세의 적정규모를 규명하였다. 아울러 본 연구는 대기에 축적되는 탄소로 인해 발생하는 사회적 비용의 증가가 내생변수들에 미치는 영향을 분석하기 위해 시뮬레이션을 시도하였다. 그 결과 본 연구는 기존연구들이 제안한 연구결과와는 달리 사회적 비용의 증가가 산림자원의 적정수확기간에 미치는 영향이 매우 미약하다는 사실을 발견하였다.

• 에너지공학
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• 제24권2호
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• pp.120-128
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• 2015

본 연구에서는 목재펠릿보일러의 연료공급 장치에 따른 연소특성의 분석을 위해, 낙엽송을 주요 구성성분으로 하는 1급 목재펠릿 연료 및 연소시스템인 목재펠릿보일러를 이용하여, 연료공급 장치(feeder)의 유형 및 형태에 따른 버너의 온도 및 배기가스($O_2$, $CO_x$, $NO_x$)의 농도 등이 측정, 비교, 분석되었다. 스프링 연료공급 장치가 실험 조건으로 적용된 경우의 버너의 평균 온도는 약 $821.76^{\circ}C$, 배기가스 산소 농도는 약 8.88%, 일산화탄소 농도는 약 93.35ppm, 이산화탄소 농도는 약 12.15%, 질소산화물의 농도는 약 139.83 ppm으로 측정되었으며, 이는 스크류 형태의 연료공급 장치가 설치된 실험조건에 비해 완전연소 조건에 도달하였으며, 배기가스의 평균농도가 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 스크류 피치의 증가에 따른 연소효율이 증가하는 것으로 나타났다. 목재 펠릿의 완전연소를 위한 조건에 근접, 조성하기 위해서는 연료의 투입량 조절과 더불어 투입되는 공기의 양을 제어하는 연구가 요구된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권12호
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• pp.963-969
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• 2008

The performance behavior of solid oxide fuel cell using $H_2$ and CO as fuels was investigated. The power densities and impedance results showed a little variation as the ratio of $H_2$ and CO changed. However, when the pure CO was used as a fuel, area specific resistance (ASR), especially low frequency region, was increased. This might be due to carbon deposition on anode. The maximum power density was 60% lower using CO than using $H_2$. Carbon deposition reduced after constant current was applied. The SOFC performance was recovered from the carbon deposition after applying constant current during 100h.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제31권4호
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• pp.645-668
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• 2022

발전, 수송, 저장, 산업공정 등 에너지 사용 전반에서 탄소중립의 중요한 수단으로 수소에너지가 부각되고 있다. 연료전지 발전소는 수소 생태계에서 가장 빠르게 보급되고 있으며 2050 탄소중립 구현을 위한 핵심적인 발전원 중 하나이다. 하지만 연료전지 발전소의 수익에 영향을 미치는 전력도매가격(SMP)과 신재생에너지 공급인증서(REC) 가격의 높은 변동성은 잠재적 사업자들의 투자시기를 지연시켜 보급에 걸림돌로 작동하고 있다. 본 연구는 실물옵션 방법론을 적용하여 비가역적인 연료전지 발전소의 투자결정에 있어서 SMP와 REC 가격 이중 불확실성이 투자임계가격 수준에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 분석 내용은 다음의 3가지로 요약된다. 첫째, 현행 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)하에서 사업자에게 전가되는 이중가격 불확실성은 결정론적 가격 대비 투자임계가격을 상당히 증가시켜 현재 가격 수준에서 경제성이 없는 것으로 나타났다. 둘째, REC 가격 변동성을 현재의 절반으로 경감하는 것은 REC 가중치를 한 단위 추가로 부여하는 것 만큼의 투자임계가격 하락 효과를 유발하였다. 셋째, 기존 부생수소 기반 연료전지와 함께 그레이 수소, 그린 수소 기반 투자임계가격을 분석하였으며, 그레이 수소의 경우 탄소배출권 비용이 적용될 경우 그린 수소와 경제성이 상당 부분 좁혀지는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 현행 RPS 제도가 연료전지 발전소 보급에 저해요소로 작동하며, 보다 비용 효율적이고 안정적인 수소 생태계 구축을 위해서는 정책보완이 필요함을 시사한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.346-347
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• 2012

최근 화석연료 대체 에너지원으로서 자동차용으로 연구 개발 및 응용되고 있는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Proton exchange membrane fuel cells)에서 분리판(Bipolar Plate)은 스택 전체 무게의 80%, 스택 가격의 60% 정도로 가장 높은 비중을 차지한다. 분리판은 연료와 산화제를 공급해주는 통로 및 전지 운전 중에 생성된 물을 제거하는 통로 역할과 anode, cathode로서 전극 역할을 통해 스택 전력을 형성하는 핵심 기능과 전지와 전지 사이의 지지대 역할을 한다. 따라서 분리판은 전기전도성, 내부식성 및 기계적 특성이 우수해야함은 물론이고, 얇고 가벼우며 가공성이 뛰어나야 한다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 금속 분리판 소재 중 스테인리스 스틸은 전기적, 기계적 특성 및 내부식성이 우수한 반면, 가격이 비싸고, 중량이 무거운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링법으로 전기적, 기계적 특성 및 내부 식성이 우수한 TiN, TiCN 박막을 스테인리스에 비해 중량이 1/3, 소재 단가가 1/4인 알루미늄 기판 위에 증착하여 박막 물성을 평가하였다. DC Power는 400 W, 기판과 타겟 사이의 거리는100 mm, 공정 압력은 0.5 Pa로 고정하였고, 3 inch의 지름과 순도 99.95%를 갖는 티타늄 타겟을 사용하였다. 공정 가스는 Ar을 주입하였으며, 질소와 탄소의 공급원으로는 질소($N_2$)와 메탄($CH_4$) 가스를 사용하여 챔버 내 주입혼합가스의 전체 유량을 50 sccm으로 고정시켰다. 증착된 박막의 전기적, 기계적 특성을 측정하였고, X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM)을 이용하여 박막의 미세구조 및 표면 상태를 확인하였다. 또한, 내부식 특성을 평가하기 위해 potentiostatic, potentiodynamic 법을 이용하여 박막의 부식저항을 측정하였다. 증착된 TiN 박막의 경우 질소 함량의 증가에 따라 박막 증착속도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 타겟 부근의 질소 라디칼 비율이 증가함에 따라 질화반응이 촉진된 것으로 생각된다. 또한, 증착된 TiN과 TiCN 박막은 반응성 질소 유량과 탄소 유량에 따라 각각 다른 미세구조를 가지는 것을 확인하였다. TiN과 TiCN은 NaCl형의 면심입방격자(FCC)로 같은 구조이며, 격자상수가 비슷하여 전율고용되어 TiCN을 형성하고, 탄소와 질소의 비에 따라 전기적 기계적 특성이 달라짐을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.19-20
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• 2014

연료전지 스택을 구성하는 핵심 부품 중 하나인 분리판(Bipolar plate)은 반응 연료인 수소와 산소를 분리하여 셀(cell)의 전면적에 균일하게 분배, 공급, 배기 및 전기화학반응에 의해 생성된 전류를 수집하며, 높은 가스밀폐성, 전기전도성 및 내식성이 요구된다. 분리판 소재로는 흑연, 고분자-탄소 복합체 및 금속 등이 사용되고 있으며, 이중 연료전지 스택의 부피, 무게 및 제조비용 감소를 위하여 금속분리판이 주목받고 있다. 그러나 금속분리판의 경우 연료전지 작동환경에서 부식반응에 의한 이온 용출로 인해 전극촉매나 고분자전해질막의 오염을 유발할 수 있다는 단점이 있어 최근 금속계 분리판의 코팅을 통하여 분리판의 내식특성 및 전기적 특성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.