The Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is an electrochemical device to convert chemical energy of a fuel into electricity at temperatures from about 600 to $1000^{\circ}C$. The SOFC offers certain advantages over lower temperature fuel cells, notably its ability to use CO as a fuel rather than being poisoned by it, and high grade exhaust heat for combined heat and power, or combined cycle gas turbine applications. This paper reviews the operating principle, materials for different cell and stack components, cell designs, and applications of SOFCs. Among all designs of Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs), the most progress has been achieved with the tubular design. However, the electrical resistance of tubular SOFCs is high, and specific power output $(W/cm^2)$ and volumetric power density $(W/cm^3)$ low. Planar SOFCs, in contrast, are capable of achieving very high power densities.
The performance evaluation on Pt loading in the self-humidifying polymer electrolyte membrane for Polymer Electrolyte Mem-Brane Fuel Cell(PEMFC) was investigated by using single cell test and measurement of membrane resistance. The self-humidifying membrane comprised two membranes made of perfluorosulfonylfluroride copolymer resin and fine Pt particles tying between them, coated by sputtering. From the results of performance characteristics of self-humidifying membrane cell with different Pt loading, a single cell using self-humidifying membrane with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading showed better performance than that with the others over entire current density. Also, a single cell with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading had a lower resistance value than the other cells under externally nonhumidifying condition. It is indicated that the water produced in the membrane cell with 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$ Pt loading showed a higher provision to maintain ionic conductivity of the membrane than the other cells. The optimum amount of Pt particles embedded in the membrane for self-humidifying PEMFC was determined to be about 0.15 mg/$\textrm{cm}^2$.
Son, Hui-Jeong;Lee, Hye-Jong;Lim, Tak-Hyoung;Song, Rak-Hyun;Peck, Dong-Hyun;Shin, Dong-Ryul;Hyun, Sang-Hoon;Kilner, John
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.42
no.12
s.283
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pp.827-832
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2005
In this study, thin electrolyte layer was prepared by 8YSZ ($8mol\%$ Yttria-Stabilized Zirconia) slurry dip and sol coating onto the porous anode support in order to reduce ohmic resistance. 8YSZ polymeric sol was prepared from inorganic salt of nitrate and XRF results of xerogel powder exhibited similar results $(99.2\pm1wt\%)$ compared with standard sample (TZ-8YS, Tosoh Co.). The dense and thin YSZ film with $1{\mu}m$ thickness was synthesized by coating of 0.7M YSZ sol followed by heat-treatment at $600^{\circ}C$ for 1 h. Thin film electrolyte sintered at $1400^{\circ}C$ showed no gas leakage at the differential pressure condition of 3 atm.
Solid oxide fuel cell (SOFC) have attracted much attention due to clean, efficient and environmental-friendly generation of electricity for next-generation energy conversion devices. Recently, many studies have been reported on improving the performance of SOFC electrodes and electrolytes by applying atomic layer deposition (ALD) process, which has advantages of excellent film quality and conformality, and precise control of film thickness by utilizing its unique self-limiting surface reaction. ALD process with these advantages has been shown to provide functional ceramic interfaces for SOFC electrodes and electrolytes. In this article, recent examples of successful functionalization and stabilization on SOFC electrodes and electrolytes by the application of ALD process for realizing high performance SOFC cells are reported.
For the performance prediction of a planar-type solid oxide fuel cell, the computational analysis of transport phenomena with a simplified treatment of heat generation by the electrochemical reaction is conducted. From the result of the computational analysis, it is shown that the electrochemical reaction is closely related to the transport phenomena inside a solid oxide fuel cell. Transport phenomena including heat and mass transfer influences on the distribution of local current density and, as a result, on the performance characteristics of the fuel cell. Computational analysis is also extended to the parametric study to investigate the performance behavior of the fuel cell with different amount of supplied fuel flow rates. It is also demonstrated that the mathematical formulation and computational procedures proposed in this study can be applied to prove the importance of the specific TPB area in the manufacturing process of electrodes in solid oxide fuel cells.
Submicron thick solid electrolyte membrane is essential to the implementation of low temperature solid oxide fuel cell, and, therefore, development of new electrode structures is necessary for the submicron thick solid electrolyte deposition while providing functions as current collector and fuel transport channel. In this research, a nickel membrane with multi-stage nano hole array has been produced via modified two step replication process. The obtained membrane has practical size of 12mm diameter and $50{\mu}m$ thickness. The multi-stage nature provides 20nm pores on one side and 200nm on the other side. The 20nm side provides catalyst layer and $30\~40\%$ planar porosity was measured. The successful deposition of submicron thick yttria stabilized zirconia membrane on the substrate shows the possibility of achieving a low temperature solid oxide fuel cell.
A novel design of tubular segmented-in-series(SIS) solid oxide fuel cell (SOFC) sub module was presented in this paper. The tubular ceramic support was fabricated by the extrusion technique. The NiO-YSZ anode and the yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte were deposited onto the ceramic support by dip coating method. After sintering at $1350^{\circ}C$ for 5 h, a dense and crack-free YSZ film was successfully fabricated. Also, the multi-layered cathode composed of LSM-YSZ composite, LSM and LSCF were coated onto the sintered ceramic support by dip coating method and sintered at $1150^{\circ}C$. The performance of the tubular SIS SOFC cell and sub module electrically connected by the Ag-glass interconnect was measured and analysed with different fuel flow and operating temperature.
The fabrication process for ceramic fuel cell with a large electrode area was investigated. A cofired cell of two layer, electrolyte/anode, yielded a power of $200mW/cm^2$. Its performance loss was mainly due to iR drop in the anode side. The performance of the cofired of three layer. cathode/electrolyte/ anode, was much lower than that of two layer, which resulted from the large iR drop and overvoltage at the cathode side. Also a flat cell with a large area of $7.7{\times}10.8cm^2$ was fabricated successfully and tested using ceramic and metallic interconnectors. The large cell with metallic interconnectror showed a good performance of 0.6 V, 4.5 A.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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