Thai-Quyen Quach;Young Gyun Bae;Kook Young Ahn;Sun Youp Lee;Young Sang Kim
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.27
no.3
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pp.27-34
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2023
Using ammonia as fuel for solid oxide fuel (SOFC) cells has become an attractive topic nowadays due to its high efficiency, environmental friendliness, and ease of storage and transportation. Several configurations of ammonia-fed SOFC systems have been proposed and investigated, demonstrating high electrical efficiency. However, to further enhance efficiency, it is crucial to understand the inefficient components of the system. The exergy concept is well-suited for this purpose, making exergetic analysis essential for ammonia-fed SOFC systems. This study conducts an exergetic analysis for three selected systems: a simple fuel cell system (FC), an anode off-gas recirculation system (RC-FC), and a recirculation system with water removal (RC-WR-FC). The results reveal that the exergetic efficiencies of the FC, RC-FC, and RC-WR-FC are 48.7%, 51.6%, and 58.4%, respectively. In all three systems, the SOFC stack is the main source of exergy destruction. However, other components with relatively low exergetic efficiency, such as the burner, air heat exchanger, and cooler/condenser, offer greater opportunities for improvement.
The development of high temperature-proton exchange fuel cell (HT-PEFC) is a key in solving the problem of carbon monoxide poisoning of the platinum at anode as well as water management in PEFCs operated below $90^{\circ}C$. In order to overcome these main issues, PEFCs must be operated at high temperature above $120^{\circ}C$. Ionic liquids are available for HT-PEFC due to exhibiting non-volatility and thermal stability. Ionic liquids are however leached out from polymeric matrix resulting in the increase of gas permeability. In this study, we have prepared and characterized the composite membranes with the ionic liquids consisting of 1-(4-vinylbenzyl)-3-butyl imidazolium chloride immobilized by the cross-linkers in pore-filling membrane to prevent to be leached out from the membrane. We confirmed that cross-linked ionic liquids were not leached out from the composite membranes through the various characteristic analyses. It was also verified that the prepared membranes are thermally stable from the result of TG analysis. The pore-filling membranes with the immobilized ionic liquids have a high proton conductivity over $10^{-2}$ S/cm at high temperature (> $120^{\circ}C$).
Park, Seong-Tae;Choe, Byeong-Hyeon;Lee, Dae-Jin;Kim, Bit-Nam;Ji, Mi-Jeong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.11a
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pp.273-273
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2009
고체산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC)는 제조형태에 따라 크게 평판형과 원통형으로 구분할 수 있다. 단위면적당 출력 효율이 높은 평판형의 장점과 원통형의 밀봉이 용이한 장점을 동시에 가지는 평관형 형태로 지지체를 제작하였으며, 셀의 배치를 평면상 직렬로 연결하는 다전지식으로 구성함으로 전극의 길이나, 셀 간격을 기존 평판형이나 원통형에 비해 대폭 감소시켜 단위면적당 전압 및 출력효율을 높이고자 하였다. Segmented 평관형 지지체의 소재로는 연료전지의 성능 특성에 관여하지 않으며 열사이클 저항성과 기계적 강도가 우수한 spinel구조를 가지는 $MgAl_2O_4$를 선정하였다. 연료가스의 원활한 공급이 가능하도록 carbon을 기공 전구체로 사용하여 압출성형하였으며 건조과정에서 crack이 생기지 않는 공정을 확립한 후 $1400^{\circ}C$ 에서 소결하였다. 제조된 지지체는 수은침투법과 3점 굽힘 강도법으로 기공율과 기계적 강도를 각각 측정하였다. Anode를 스크린 프린팅법으로 지지체 위에 적층한 후 미세구조를 확인하였고 이를 바탕으로 다공성이며 기계적 강도를 가지고 음극과의 반응이 없는 우수한 지지체를 제조할 수 있었다.
The sodium/sulfur(Na/S) battery has many advantages such as high theoretical specific energy(760Wh/kg), and low material cost based on the abundance of electrode material in the earth. It has been reported that the electrochemical properties of sodium/sulfur cell above $300^{\circ}C$, utilized a solid ceramic electrolyte and liquid sodium and sulfur electrodes. A lot of researches have been performed in this field. Recently, Na/S battery system was applied for electricity storage system for load-leveling. One of severe problems of sodium/sulfur battery was high operating temperature above $300^{\circ}C$, which could induce the explosion and corrosion by molten sodium, sulfur and polysulfides. In order to develop sodium battery operated at low temperature, sodium ion battery has been studied using carbon anode, and sodium oxides cathodes. However, the energy densities of the sodium ion batteries were much lower than high temperature sodium/sulfur cell. In this study, the sodium/sulfur battery with 1M $NaCF_3SO_3$ is tested at room temperature. The charge-discharge mechanism was discussed based on XRD, DSC, SEM and EDS results.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.7
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pp.854-859
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2018
This paper describes the characteristics of a hybrid supercapacitor module for power quality stabilization. Hybrid supercapacitor is an promising energy storage device that positioned between conventional EDLC and Li-ion battery. A cylindrical 7500F hybrid supercapacitor ($60{\times}138mm$) was assembled by using the $Li_4Ti_5O_{12}$ electrode as an anode and activated carbon as a cathode. Considering the ESR and efficiency has been designed to module with 41.6F 480V design results in 180 series combination. In order to determine the characteristics of the hybrid supercapacitor module for power system, hybrid supercapacitor cells were connected in series with active balancing circuit. As a result of measuring the 50kw UPS, it was discharged at the current of 104A~143A during the discharge in the voltage range of 350V~480V, and the compensation time at discharge was measured to be about 30s. These results can be used to stabilization of power quality by applying hybrid supercapacitor module.
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.
PdPt/C (Pd:Pt atomic ratio of around 19:1 60wt, %) 촉매를 고분자전해질 연료전지용 전극 촉매소재의 적용하였다. PdPt/C 촉매를 산화극 촉매로, 환원극 촉매로는 Pt/C 촉매를 사용하고 반대로 산화극 촉매는 Pt/C 촉매, 환원극 촉매로는 PdPt/C 촉매를 사용했을 때, PdPt/C 촉매를 산화극과 환원극 촉매로 동시에 사용했을 때의 고분자전해질 연료전지의 단위전지 성능을 각각 비교하였다. PdPt/C촉매를 산화극에만 적용했을 때에 Pt/C 상용촉매를 산화극과 환원극에 모두 적용했을 때의 성능만큼 좋은 성능을 확인할 수 있었다. 환원극 촉매는 Pt/C를 사용하고 산화극 촉매를 PdPt/C Pt/C Pd/C를 사용하였을 매의 성능을 비교하였다. Pd/C를 산화극 촉매로 사용한 단위전지가 나머지 두 경우의 성능에 비하여 현저히 떨어짐을 확인할 수 있었다. 이는 극소량의 Pt 량을 포함한 PdPt/C 촉매가 고분자전해질 연료전지의 산화극 Pt/C 촉매의 대체촉매로 사용 가능함을 보여준다.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.2
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pp.169-177
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2020
Here, the stability of stainless steel 316 (SS-316) was investigated to identify its applicability in the oxide reduction process, as a component in related equipment, to produce a complicated gas mixture composed of O2 and Cl2 under an argon (Ar) atmosphere. The effects of the mixed gas composition were investigated at flow rates of 30 mL/min O2, 20 mL/min O2 + 10 mL/min Cl2, 10 mL/min O2 + 20 mL/min Cl2, and 30 mL/min Cl2, each at 600℃, during a constant argon flow rate of 170 mL/min. It was found that the corrosion of SS-316 by the chlorine gas was suppressed by the presence of oxygen, while the reaction proceeded linearly with the reaction time regardless of gas composition. Surface observation results revealed an uneven surface with circular pits in the samples that were fed mixed gases. Thermodynamic calculations proposed the combination of Fe and Ni chlorination reactions as an explanation for this pit formation phenomenon. An exponential increase in the corrosion rate was observed with an increase in the reaction temperature in a range of 300 ~ 600℃ under a flow of 30 mL/min Cl2 + 170 mL/min Ar.
Some nano structured bimetallic NiPd electrocatalysts were electrodeposited on glassy carbon electrodes using a double potential step chronoamperometry. The morphology of the electrodeposited samples was investigated by field emission-scanning electron microscopy, while their compositions were evaluated using energy dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the electrodeposited samples contained a low Ni content, in the range of 0.80 - 7.10%. The electrodeposited samples were employed as the anode electro-catalysts for the oxidation of sodium borohydride in NaOH solution (1.0 M) using cyclic voltammetry, chronoamperometry, rotating disk electrode, and impedance spectroscopy. The number of exchanged electrons, charge transfer resistances, apparent rate constants, and double layer capacitances were calculated for the oxidation of borohydride on the prepared catalysts. According to the results obtained, the NiPd-2 sample with the lowest Ni content (0.80%), presented the highest catalytic activity for borohydride oxidation compared with the other NiPd samples as well as the pure Pd sample. The anodic peak current density was obtained to be about 1.3 times higher on the NiPd-2 sample compared with that for the Pd sample.
Voltage-current profiles are measured when hydrogen-oxygen gas is in contact with solid polymer membrane ($Nafion^{(R)}$) as the electrolyte. The feed gas is prepared by mixing hydrogen and oxygen gas in various ratios. The carbon gas diffusion electrodes contacting the electrolyte are treated by platinum catalyst. The platinum surface is impregnated with a 5% $Nafion^{(R)}$ solution to ensure its good surface contact with the electrolyte. The constant voltage between anode and cathode was applied by a DC power supply. The results on the profiles show that the energy efficiency critically depends on the hydrogen concentration in $H_2/O_2$ mixture gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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