• 한국진공학회지
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• 제18권3호
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• pp.164-175
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• 2009

전산 유체 역학 코드를 사용하여 안테나 내장형 유도 결합 플라즈마 시스템의 가스 유동 특성, 전력 흡수, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포에 대해서 살펴보았다. 복잡한 현실적 3차원 시스템에 대한 안정한 수치해의 도출을 위해서 최적화된 격자생성 전략을 구사하였으며, 이를 이용하여 플라즈마 질화 시스템을 한 예로 전력 흡수, 가스 유동, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포를 분석하였다. 금속 노출형 안테나의 경우 전력 도입부 쪽에 전력 흡수의 불균형이 모델에서 예측되었으며 유전체피복 안테나의 한 예에서 전력 흡수 표피 깊이가 실제 보고된 값인 53 mm와 잘 일치하는 50 mm로 예측되었다. 또한 수소연료 전지 분리판을 위한 고속 질화 공정용 시스템의 모델링에서도 산업용 대량 처리 시스템에 적절한 다중 분리판의 장입 간격을 가스 유동, 활발한 질화종인 질소 원자와 질소 분자 이온의 농도를 근거로 예측하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2008년도 춘계학술 발표회
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• pp.101-108
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• 2008

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are promising power generation devices which are ideal for residential and automobile applications, thanks to their fast transient characteristics. However, liquid water produced in PEM fuel cells should be properly managed to enhance the performances and durabilities of the cells. In this study, a visualization experiment was conducted to investigate the flow behavior of water droplets in cathode channels. The visualization experiment was done with four different model flow channels which were made by varying the material (Acrylic and Teflon) and the channel width (1 mm and 2 mm). Acrylic is hydrophilic (contact angle is about $80^{\circ}$) while Teflon is hydrophobic (contact angle is about $120^{\circ}$). A computational fluid dynamics (CFD) analysis was also performed to compare the observed and the simulated two-phase water/air flow characteristics in cathode channels. The computational models were made to be consistent with the geometries and surface properties of the model flow channels. Both the experimental and numerical results showed that the Teflon cathode channel with 1 mm width has the best water management performance among four model flow channels considered. A close correlation was found between the experimental visualization results and the numerical CFD simulation results.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제18권8호
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• pp.1199-1208
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• 2005

Abatement of greenhouse gas emitted from ruminants and promotion of biogas energy from animal effluent were comprehensively examined in each anaerobic fermentation reactor and animal experiments. Moreover, the energy conversion efficiency of biomass energy to power generation were evaluated with a gas engine generator or proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). To mitigate safely rumen methanogenesis with nutritional manipulation the suppressing effects of some strains of lactic acid bacteria and yeast, bacteriocin, $\beta$1-4 galactooligosaccharide, plant extracts (Yucca schidigera and Quillaja saponarea), L-cysteine and/or nitrate on rumen methane emission were compared with antibiotics. For in vitro trials, cumulative methane production was evaluated using the continuous fermented gas qualification system inoculated with the strained rumen fluid from rumen fistulated Holstein cows. For in vivo, four sequential ventilated head cages equipped with a fully automated gas analyzing system were used to examine the manipulating effects of $\beta$1-4 galactooligosaccharide, lactic acid bacteria (Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides), yeast (Trichosporon serticeum), nisin and Yucca schidigera and/or nitrate on rumen methanogenesis. Furthermore, biogas energy recycled from animal effluent was evaluated with anaerobic bioreactors. Utilization of recycled energy as fuel for a co-generator and fuel cell was tested in the thermophilic biogas plant system. From the results of in vitro and in vivo trials, nitrate was shown to be a strong methane suppressor, although nitrate per se is hazardous. L-cysteine could remove this risk. $\beta$1-4 galactooligosaccharide, Candida kefyr, nisin, Yucca schidigera and Quillaja saponarea are thought to possibly control methanogenesis in the rumen. It is possible to simulate the available energy recycled through animal effluent from feed energy resources by making total energy balance sheets of the process from feed energy to recycled energy.

• Current Photovoltaic Research
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• 제5권1호
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• pp.15-19
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• 2017

The fossil fuel power consumption generates $CO_2$, which causes the problems such as global warming. Also, the increase in energy consumption has accelerated the depletion of the fossil fuels, and renewable energy is attracting attention. Among the renewable energies, the solar energy gets a lot of attention as the infinite clean energy source. But, the supply level of solar cell is insignificant due to high cost of generation of electric power in comparison with fossil fuels. Thus several researchers are recently doing the research on ultra-low-cost solar cells. Also, $Cu_2O$ is one of the applied materials as an absorption layer in ultra-low-cost solar cells. Cuprous oxide ($Cu_2O$) is highly desirable semiconductor oxide for use in solar energy conversion due to its direct band gap ($E_g={\sim}2.1eV$) and a high absorption coefficient that absorbs visible light of wavelengths up to 650 nm. In addition, $Cu_2O$ has several advantages such as non-toxicity, low cost and can be prepared with simple and cheap methods on large scale. In this work, we fabricated the $Cu_2O$ thin films by reactive sputtering method. The films were deposited with a Cu target with variable parameters such as substrate temperature, rf-power, and annealing condition. Finally, we confirmed the structural properties of thin films by XRD and SEM.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.202-207
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• 2023

태양광과 풍력발전의 잉여전기를 공급받아 수전해를 구동하는 경우 날씨 변동에 따라 구동과 정지를 반복해야한다. 수전해를 구동하다 정지하면 잔류 수소와 산소에 의해 PEM 연료전지와 같은 상태가 되고, 구동 중 형성된 수전해의 높은 전위 때문에 전극과 고분자막이 정지 중에도 열화될 가능성이 높다. 본 연구에서는 PEM 수전해가 구동/정지 반복과정에서 전극과 고분자막의 열화가 얼마나 진행되는지 확인하고자, 144시간 동안에 구동/정지 횟수를 변화시키며 성능 감소를 측정하였다. 전극 촉매 활성면적 변화와 고분자막의 수소투과도와 불소유출속도 등을 분석해 전극과 고분자막의 특성 변화를 측정했다. 전체적으로 정지 횟수가 증가할수록 PEM 수전해 성능이 감소했다. 144시간동안에 5회 정지했을 때 IrO_x 촉매 활성이 30% 이상 감소하였고, 수소투과도는 80% 증가해서 전극과 고분자막이 모두 열화됨을 확인했다.

• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.96-101
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• 2020

이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 연료로 사용하여 열, 전력 및 수소를 생산하는 삼중발전의 타당성 평가를 수행하였다. 이를 위해 3 MW급 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기 랭킨 사이클로 이루어진 상용 규모의 열, 전력 및 수소 생산공정을 공정모사기를 사용하여 설계, 모사하였고, 공정모사로 부터 얻은 열 및 물질 수지를 통해 각 단위조작 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 수소를 생산하기 위해 고체산화물 연료전지의 설계를 수정하였는데, 연료전지 내 애프터-버너를 제거하고 수성-가스 전환 반응기를 추가하였다. 공정모사 결과 설계된 삼중발전 공정은 시간당 3.47톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 2톤의 바이오가스를 이용하여 2.3 MW의 전력과 50 kg hr^-1의 수소를 37%의 효율로 생산한다. 이 결과를 토대로 가장 현실적인 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 BESP (breakeven electricity selling price)를 계산하였는데, ¢10.45 kWh^-1로 기존의 고정 발전 대비 동등 이상의 수준으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.527-534
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• 2015

본 연구에서는 직접 탄소 연료전지(DCFC)에서 세 종류의 탄화수소(메탄, 에탄, 프로판) 열분해를 이용하여 다공성 니켈 연료극에 탄소를 직접 생성시켜 연료극과 연료간의 물리적 접촉을 향상시켰다. 전자현미경으로 각각의 탄화수소로부터 생성된 탄소 입자들이 탄소 수가 증가함에 따라 각각 탄소구형체(CS), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF)임을 확인하였다. 그리고 탄소 샘플들의 결정성을 알아보기 위해 라만 산란 분석을 수행하였고, 탄화수소의 탄소 수가 증가할수록 생성된 탄소의 결정성이 떨어지고 더 유연하였다. 동일한 질량의 탄소로 채워진 연료극의 DCFC 성능을 $700^{\circ}C$ 에서 측정하였고, CNT 와 CNF 가 CS 보다 반응성이 좋아 각각 148%, 210% 높은 전력밀도를 보였다. 이는 결정성이 떨어지는 CNT 와 CNF 의 낮은 전하전달저항에 의한 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권6호
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• pp.641-648
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• 2011

고온 발전용 연료전지인 MCFC의 연료극에서 방출되는 미반응 가스를 촉매연소의 열원으로 사용하고, 촉매연소 반응에 의해 발생한 열을 개질 반응에 필요한 공급열로 이용하는 통합형 촉매연소-개질 반응기에 있어서 MCFC의 운전 조건 변경에 따른 반응기의 열적 거동과 반응 특성을 실험적으로 연구하였다. 특히, 연료극에서 연료 이용률을 변동될 때 슬립가스의 조성이 바뀌는 것을 고려하여 촉매연소측에 공급해줄 혼합가스의 조성을 실험조건으로 설정하였다. 또한 개질측에서는 S/C(수증기/탄소)의 비를 운전조건의 변동 조건으로 설정하였다. 실험적으로 얻어진 데이터는 보다 현실적인 통합형 촉매연소-개질반응기를 설계하고 제작하는데 필요한 기본 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제3권2호
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• pp.55-62
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• 1992

본 연구에서는 용융탄산염 연료전지의 각 구성요소에서 발생하는 분극현상을 조사하였다. 기준 전극을 부착한 단위전지를 제작하고 전류단락법을 이용하여 전지의 내부저항에 의한 전압손실 및 그이외의 과전압을 측정하였다. $150mA/cm^2$의 전류밀도에서 anode의 과전압은 60mV이하였으나 cathode의 과전압은 130mV 정도로 크게 나타났으며, 전지의 내부저항에 의한 과전압도 170mV정도로커서 cathode의 성능 개선 빛 내부저항의 감소가 필요함을 알았다. 박막 모델을 사용하여 전극의 과전압을 실험치와 근접하게 예측할 수 있었으며, 전극 전해질 계면의 면적 및 전해질 박막의 두께를 조절하여 과전압이 최소가 되도록 전극의 구조를 조절하는 것이 매우 중요함을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.339-344
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• 2005

A PEMFC system model for FCEV was constructed and simulated numerically to examine the heat/water flow of the system and air/fuel humidification process for various operation conditions (ambient pressure /temperature/humidity, operating temperature, power load). We modeled PEMFC stack which can generate maximum electricity of about 80 kW. This stack consists of 400 unit cells and each unit cell has $250cm^2$ reacting area. Uniform current density and uniform operating voltage per each cell was assumed. The results show the flow characteristics of heat and water at each component of PEMFC system in macro-scale. The capacity shortage of the radiator occurred when the ambient was hot $(over\;40^{\circ}C)$ and power level was high (over 50 kW). In spite of some heat release by evaporation of water in stack, heat unbalance reached to 20kW approximately in such a severe operating condition. This heat unbalance could be recovered by auxiliary radiators or high speed cooling fan with additional cost. In cold environment, the capacity of radiator exceeded the net heat generation to be released, which may cause a problem to drop the operating temperature of stack. We dealt with this problem by regulating mass flow rate of coolant and radiator fan speed. Finally, water balance was not easily broken when we retrieved condensed and/or unused water.