• 제목/요약/키워드: Anode-Support

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Multidimensional Conducting Agents for a High-Energy-Density Anode with SiO for Lithium-Ion Batteries

  • Lee, Suhyun;Go, Nakgyu;Ryu, Ji Heon;Mun, Junyoung
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • 제10권2호
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    • pp.244-249
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    • 2019
  • SiO has a high theoretical capacity as a promising anode material candidate for high-energy-density Li-ion batteries. However, its practical application is still not widely used because of the large volume change that occurs during cycling. In this report, an active material containing a mixture of SiO and graphite was used to improve the insufficient energy density of the conventional anode with the support of multidimensional conducting agents. To relieve the isolation of the active materials from volume changes of SiO/graphite electrode, two types of conducting agents, namely, 1-dimensional VGCF and 0-dimensional Super-P, were introduced. The combination of VGCF and Super-P conducting agents efficiently maintained electrical pathways among particles in the electrode during cycling. We found that the electrochemical performances of cycleability and rate capability were greatly improved by employing the conducting agent combinations of VGCF and Super-P compared with the electrode using only single VGCF or single Super-P. We investigated the detailed failure mechanisms by using systematic electrochemical analyses.

마이크로 원통형 SOFC 제작 및 특성평가 (Fabrication and Evaluation Properties of Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs))

  • 김환;김완제;이종원;이승복;임탁형;박석주;송락현;신동열
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제50권4호
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    • pp.749-753
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    • 2012
  • 본 연구에서는 마이크로 원통형 SOFC 지지체의 특성을 평가하기 위해 직경 3 mm의 연료극 지지체를 제조하여 지지체의 미세구조를 분석하고, 기계적 강도 및 가스투과도를 측정하였다. 다공성 연료극 지지체의 표면과 파단면의 미세구조를 분석하기 위해 SEM (Scanning Electron Microscope)을 이용하였다. 지지체의 가스투과도는 차압계를 이용하여 50, 100, 150 cc/min의 유량에서 측정하였으며, 기계적 강도는 만능 시험기를 이용하여 측정하였다. 마이크로 원통형 연료극 지지체의 기본적인 물성 평가 후 NiO-YSZ, YSZ, YSZ-LSM/LSM/LSCF로 구성된 마이크로 SOFC 단위전지를 제조하였으며, 반응온도와 연료 유량별로 성능평가를 수행하여 $800^{\circ}C$에서 $1095mW/cm^2$의 출력이 얻어짐을 확인하였다. 또한, 반응 온도에 따른 전기화학적 임피던스 특성평가를 통하여 온도가 높아질수록 전해질 이온전도도가 증가되어 ohmic 저항이 감소되고 그에 따라 마이크로 관형 SOFC 셀 성능이 증가함을 확인할 수 있었다.

Maximizing TPBs through Ni-self-exsolution on GDC based composite anode in solid oxide fuel cells

  • 탄제완;이대희;김보경;김주선;문주호
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.402.1-402.1
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    • 2016
  • The performance of solid oxide fuel cells (SOFCs) is directly related to the electrocatalytic activity of composite electrodes in which triple phase boundaries (TPBs) of metallic catalyst, oxygen ion conducting support, and gas should be three-dimensionally maximized. The distribution morphology of catalytic nanoparticle dispersed on external surfaces is of key importance for maximized TPBs. Herein in situ grown nickel nanoparticle onto the surface of fluorite oxide is demonstrated employing gadolium-nickel co-doped ceria ($Gd0.2-xNixCe0.8O2-{\delta}$, GNDC) by reductive annealing. GNDC powders were synthesized via a Pechini-type sol-gel process while maximum doping ratio of Ni into the cerium oxide was defined by X-ray diffraction. Subsequently, NiO-GNDC composite were screen printed on the both sides of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) pellet to fabricate the symmetrical half cells. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the polarization resistance was decreased when it was compared to conventional Ni-GDC anode and this effect became greater at lower temperature. Ex situ microstructural analysis using scanning electron microscopy after the reductive annealing exhibited the exsolution of Ni nanoparticles on the fluorite phases. The influence of Ni contents in GNDC on polarization characteristics of anodes were examined by EIS under H2/H2O atmosphere. Finally, the addition of optimized GNDC into the anode functional layer (AFL) dramatically enhanced cell performance of anode-supported coin cells.

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미세조직 정량 분석을 통한 고체산화물 연료전지용 NiO-YSZ 연료극 전기전도도 예측 (Quantitative Microstructure Analysis to Predict Electrical Property of NiO-YSZ Anode Support for SOFCs)

  • 완디 와휴디;빌랄 아메드;이승복;송락현;이종원;임탁형;박석주
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제24권3호
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    • pp.237-241
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    • 2013
  • The correlation between NiO-YSZ microstructure and its electrical property used for SOFC anode was critically evaluated with image processing and direct measurement techniques. These innovative processing techniques were employed to quantify the contiguity of the anode constituent phase. The calculated contiguities were then correlated with electrical conductivity attained from 4-probe DC method. This investigation described that contiguity of nickel oxide phases of an anode has a linear relationship with its electrical conductivity. We observed that the contiguity of NiO increased from 0.18 to 0.50 then electrical conductivity attained was significantly increased from 520 S/cm to 1468 S/cm at $900^{\circ}C$.

연료극 지지체식 고체산화물 연료전지의 기계적 및 전기적 특성에 미치는 Ni-YSZ의 미세구조의 영향 (Effect of Microstructure on Mechanical and Electrical Properties in Ni-YSZ of Anode Supported SOFC)

  • 최미화;최진혁;이태희;유영성
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제22권5호
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    • pp.592-598
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    • 2011
  • Electrode of solid oxide fuel cell must have sufficient porosity to allow gas transport to the interface with electrolyte effectively but high porosity has a negative impact on structural stability in electrode support. Thus, the upper limit of porosity is based on consideration of mechanical strength of electrode. In this study, the effect of microstructure of Ni-YSZ anode supported SOFC on the mechanical and electrical property was investigated. LSCF composite cathode and 8YSZ electrolyte were used. The porosity of the anode was modified by the amount of graphite powder and added graphite contents were 24, 18, 12 vol%, respectively. The higher the porosity, the better the electrical performance, $P_{max}$. While the flexural strength decreased with increasing the amount of graphite. But the rate of increase in electrical performance and the rate of decrease in mechanical strength were not directly proportional to amount of graphite. The optimum graphite content incorporating both electrical and mechanical performance was 18 vol%.

Fabrication of YSZ-based Micro Tubular SOFC Single Cell using Electrophoretic Deposition Process

  • Yu, Seung-Min;Lee, Ki-Tae
    • 한국세라믹학회지
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    • 제52권5호
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    • pp.315-319
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    • 2015
  • Yttria-stabilized zirconia (YSZ)-based micro tubular SOFC single cells were fabricated by electrophoretic deposition (EPD) process. Stable slurries for the EPD process were prepared by adding phosphate ester (PE) as a dispersant in order to control the pH, conductivity, and zeta-potential. NiO-YSZ anode support, NiO-YSZ anode functional layer (AFL), and YSZ electrolyte were consecutively deposited on a graphite rod using the EPD process; materials were then co-sintered at $1400^{\circ}C$ for 4 h. The thickness of the deposited layer increased with increasing of the applied voltage and the deposition time. A YSZ-based micro tubular single cell fabricated by the EPD process exhibited a maximum power density of $0.3W/cm^2$ at $750^{\circ}C$.

테입캐스팅을 이용한 대면적 (100 cm2) 연료극 지지체식 평판형 고체산화물 연료전지의 개발 (Development of Anode-supported Planar SOFC with Large Area by tape Casting Method)

  • 유승호;송근숙;손희정;김종희;송락현;정두환;백동현;신동열
    • 전기화학회지
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    • 제6권1호
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    • pp.41-47
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    • 2003
  • 본 연구에서는 중저온에서 작동되는 연료극 지지체식 평판형 연료전지를 연구하였으며, 저가의 공정인 테입케스팅법을 이용하여 $0.8\~1mn$의 두께와 $25,\; 100,\;150cm^2$크기의 평판형 연료극 지지체를 제작하였고, 연료극 지지체의 특성을 확인하기 위해서 기공률, 가스 투과율 그리고 전기전도도 등을 측정하였다. $12wt.\%$의 결합제를 사용하여 제작된 지지체의 기공률은 $45.8\%$이고 환원 시 $53.9\%$로 증가함을 보였다. 연료극 지지체는 $850^{\circ}C$에서 900S/cm의 높은 전기전도도를 나타내었으며, 1기압 하에서 공기로 측정하였을 때 6l/min의 기체투과량을 보였다. 단전지의 제조는 테잎케스팅 법으로 제조된 연료극 지지체위에 슬러리 디핑 코팅법을 이용하여 전해질과 공기극을 순차적으로 제조하였다. YSZ의 농도를 $10wt.\%\;와\;20wt.\%$로 하여 제조된 전해질의 두께는 각각 form와 300m이었고, 공기극은 LSM-YSZ/LSM/LSCF의 다층 구조로 구성되었다. $10{\mu}m$두께의 전해질은 매우 치밀하였고 3기압 하에서 가스 투과도는 2.5ml/min을 나타내었다. 단전지의 성능 시험에서 $20\~30{\mu}m$두께의 전해질을 갖는 연료극 지지체식 평판형 연료전지는 $750^{\circ}C$에서 0.6V, $300 mA/cm^2$성능을 보였다.

연료극 지지체식 고체산화물 연료전지용 고성능 공기극 제조 및 특성 연구 (Preparation and Characteristics of High Performance Cathode for Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell)

  • 송락현
    • 전기화학회지
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    • 제8권2호
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    • pp.88-93
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    • 2005
  • 고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 $8mol\%\;V_2O_3$로 안정화된 $ZrO_2(YSZ)$ 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YSZ(LY)$ 복합체, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$를 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, $3\%$수분을 함유한 수소와 공기로 $800^{\circ}C$ 이하에서 단전지의 성능을 평가하였다 작동온도 $800^{\circ}C$에서, $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$의 다층이 코팅된 전지가 $590mW/cm^2$로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, $0.244{\Omega}cm^2$로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.