The effect of $TiO_2$ nanotube (TNT) and nanoparticle (TNP) composite photoelectrode and the role of TNT to enhance the photo conversion efficiency in dye-sensitized solar cell (DSSC) have investigated in this study. Results demonstrated that the increase of the TNT content (1-15 %) into the electron collecting TNP film increases the open-circuit potential ($V_{oc}$) and short circuit current density ($J_{sc}$). Based on the impedance analysis, the increased $V_{oc}$ was attributed to the suppressed recombination between electrode and electrolyte or dye. Photochemical analysis revealed that the increased Jsc with the increased TNT content was due to the scattering effect and the reduced electron diffusion path of TNT. The highest $J_{sc}$ (12.6 mA/$cm^2$), Voc (711 mV) and conversion efficiency (5.9%) were obtained in the composite photoelectrode with 15% TNT. However, $J_{sc}$ and $V_{oc}$ was decreased for the case of 20% TNT, which results from the significant reduction of adsorbed dye amount and the poor attachment of the film on the fluorine-doped tin oxide (FTO). Therefore, application of this composite photoelectrode is expected to be a promising approach to improve the energy conversion efficiency of DSSC.
Flow-field design has much influence over the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) because it affects the pressure magnitude and distribution of the reactant gases. To obtain the pressure magnitude and distribution of reactant gases in five kinds of flow-field designs, computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed. After the CFD analysis, a single cell test was carried out to obtain the performance values. As expected, the pressure differences due to different flow-field configurations were related to the PEMFC performance because the actual performance results showed the same tendency as the results of the CFD analysis. A large pressure drop resulted in high PEMFC performance. The single serpentine configuration gave the highest performance because of the high pressure difference magnitudes of the inlet/outlet. On the other hand, the parallel flow-field configuration gave the lowest performance because the pressure difference between inlet and outlet was the lowest.
Fuel cells are expected to be one of the major clean new energy sources in the near future. However, the slow kinetics of electrocatalytic hydrogen oxidation reaction (HOR) and oxygen reduction reaction (ORR), and the high loading of Pt for the anode and cathode material are the urgent issues to be addressed since they determine the efficiency and the cost of this energy source. In this review paper, a new approach was developed for designing electrocatalysts for the HOR and ORR in fuel cells. It was found that the electronic properties of Pt could be fine-tuned by the electronic and geometric effects introduced by the substrate alloy metal and the lateral effects of the neighboring metal atoms. The role of substrate was found reflected in a volcano plot for the HOR and ORR as a function of their calculated d-band centers. This paper demonstrated a viable way to designing the electrocatalysts which could successfully alleviate two issue facing the commercializing of the fuel cell-the cost of electrocatalysts and their efficiency.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2009.06a
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pp.467-470
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2009
A novel 8 V DC power source with an external series-parallel connection of 50 Dye-Sensitized Solar Cells(DSSCs) has been proposed. One DSC has the optimized length to width ratio of $5.2{\times}2.6$ cm and an active area 8 $cm^2$($4.62{\times}1.73$ cm) which attained a conversion efficiency of 4.2%. From the electrochemical impedance spectroscopic analysis, it was found that the resistance elements related to the Pt electrode and electrolyte interface behave like that of diode and the series resistance corresponds to the sum of the other resistance elements. In addition, the TEMoo mode pulsed Nd:YAG laser beam is used to improve the incident photon to current efficiency(IPCE) of DSSC. From this result, this novel 8V-0.38A DC power source shows stable performance with an energy conversion efficiency of about 4.5% under 1 sun illumination(AM 1.5, Pin of 100 $mW/cm^2$).
고분자전해질 연료전지의 MEA를 CCM (Catalyst Coated Membrane) CCS(Catalyst Coated Substrate) 형태로 각각 제조하고 백금담지 비율이 서로 다른 백금 담지촉매를 각각 적응하여 MEA를 CCM형태로 제조하여 단위전지 성능평가를 수행하였다 백금담지 비율이 다른 촉매를 적용한 CCM형태 MEA의 표면을 SEM (scanning electron microscopy)으로 분석하였으며, 단위전지 성능평가를 수행하는 동시에 EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 통하여 MEA의 저항을 분석하였다. 고분자전해질 연료전지의 성능은 MEA의 제조방법과 백금담지 촉매의 백금담지비율에 따라 크게 변함을 확인 할 수 있었다.
Wang, Jiao;Jin, En Mei;Zhao, Xingguan;Park, Kyung-Hee;Gu, Hal-Bon;Park, Bok-Kee
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.213-213
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2010
In this thesis, we studied to increased to solar conversion efficiency of DSSC (dye-sensitized solar cell) using nanocrystalline $TiO_2$ semiconductor. We are preparation of $TiO_2$ photoelectrode, assembly the DSSC and put a focus in analyses electrochemical properties of DSSC and using Silica powder in $TiO_2$ photoelectrode for increase light scattering effect and improved conversion efficiency. It attempt to investigate the morphology of the photoelectrode and photovoltaic effects using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and photovoltaic properties under illumination with AM 1.5 simulated sunlight. We got 146 % enhanced power conversion efficiency when the optimal content of quartz glass powder was 5 wt.% than that another content.
As structural materials, magnesium (Mg) alloys have been widely used in the fields of aviation, automobiles, optical instruments, and electronic products. There are few studies on the effect of coating conditions on the compositional variation during the formation process of the conversion coatings. Rare-earth based conversion coating on AZ91 magnesium alloy was prepared in ceric sulfate and hydrogen peroxide contained solution. The element composition and valence as well as their distribution in the coating were analyzed with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Electron probe micro-analyzer (EPMA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The effect of treating process on the element composition were also studied. It was found that the conversion coating surface consists of Mg, Al, O, Ce, and the weight content of Ce in the coating was affected by the treating solution concentration and immersion time; the Ce element was distributed in the coating non-uniformly and existed in the form of $Ce^{+3}$ and $Ce^{+4}$, while the O element existed in the form of $OH^-$, $O^{2-}$, $H_2O$. Based on microscopic analysis results, the electrochemical deposition mechanism on the micro-anode and micro-cathode in the process of the coating growth was suggested.
DSA (Dimensionally Stable Anode) electrodes are physically, thermally and electrochemically stable and are mainly Ti electrodes coated by Ru, Ir and Ta. DSA electrodes have been used in many industrial fields such as chlor-alkali, electrochemical water treatment, water electrolysis, etc. This review paper summarizes the study on the applications using DSA electrodes published in the recent 5 years. It suggests that the researches are intensively required on effective screening of electrodes materials, optimal designing of electrode structures and economical manufacturing of large area electrodes. It is expected that these studies will contribute to the further research and development on advanced DSA electrodes. In addition, the enhancement of DSA electrodes significantly leads to expand the type of the application using electrochemical processes in industry.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.30
no.1
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pp.49-56
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2013
Excellent electron transport properties with enhanced light scattering ability for light harvesting have made well-ordered one dimensional $TiO_2$ nanotube(TNT) arrays an alternative candidate over $TiO_2$ nanoparticles in the area of solar energy conversion applications. The principal drawback of TNT arrays being activated only by UV light has been addressed by coupling the TNT with secondary materials which are visible light-triggered. As well as extending the absorption region of sunlight, the introduction of these foreign components is also found to influence the charge separation and electron lifetime of TNT. In this study, a novel method to fabricate the TNT-based composite photoelectrodes employing visible responsive $CuInS_2$ (CIS) nanoparticles is presented. The developed method is a square wave pulse-assisted electrochemical deposition approach to wrap the inner and outer walls of a TNT array with CIS nanoparticles. Instead of coating as a dense compact layer of CIS by a conventional non-pulsed-electrochemical deposition method, the nanoparticles pack relatively loosely to form a rough surface which increases the surface area of the composite and results in a higher degree of light scattering within the tubular channels and hence a greater chance of absorption. The excellence coverage of CIS on the tubular $TiO_2$ allows the construction of an effective heterojunction that exhibits enhanced photoelectrochemical performance.
Membrane reactors have been showing a promising future and attracted increasing attention in the scientific community as they possess advantages in terms of enhanced catalytic activity and selectivity, combination of processes (reaction and separation), simplicity in process design, and safety in operation. In particular, solid electrolyte membrane reactor principles are realized in fuel cells, electrolyzers and reactors for hydrogenation of carbon dioxide and other economically viable reactions. In this review, as a young generation of ion conducting materials, high temperature proton conductors are discussed in terms of the current status of material development and their various applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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