Optimization of the fabrication process of NiO-yttrium doped barium zirconate (BZY) composite anode substrates using tape-casting for high performance thin-film protonic ceramic fuel cells (PCFCs) is investigated. The anode substrate is composed of a tens of microns-thick anode functional layer laminated over a porous anode substrate. The macro-pore structure of the anode support is induced by micron-scale polymethyl methacrylate (PMMA) pore formers. Thermal gravity analysis (TGA) and a dilatometer are used to determine the polymeric additive burn-out and sintering temperatures. Crystallinity and microstructure of the tape-cast NiO-BZY anode are analyzed after the sintering.
The nano/micro composites with highly porous surface area have attracted of great interest, particularly the synthesis of porous and thin film sheets of high performance. In this paper, an easy method of cost-effective synthesis of thin film ceramic fiber membranes based on Hydroxyapatite, and activated carbon by turned into studied to be applied within the service-facilitated the transport of radioactive waste such as $^{90}Sr$, $^{137}Cs$ and $^{60}Co$) as activated product of radioisotopes from ETRR-2 research reactor and dissolved in 3M $HNO_3$, across a thin flat-sheet supported liquid membrane (TFSSLM). Radionuclides are transported from alkaline pH values. The presence of sodium salts in the aqueous media improves in $HNO_3$, the lowering of permeability because the initial $HNO_3$ concentration is improved. The study some parameters on the thin sheet ceramic supported liquid membrane. EDTA as stripping phase concentration, time of extraction and temperature were studied. The study of maximum permeability of radioisotopes for all parameters. The pertraction of a radioactive waste solution from nitrate medium were examined at the optimized conditions. Under the optimum experimental 98.6-99.9% of $^{90}Sr$, 79.65-80.3% of $^{137}Cs$ and $^{60}Co$ 45.5-55.5% in 90-110 min with were extracted in 10-30 min, respectively. The process of diffusion in liquid membranes is governed by the chemical diffusion process.
Solid oxide fuel cells have a limitation in their low-temperature application due to the low ionic conductivity of electrolyte materials and difficulties in thin film formation on porous gas diffusion layer. These problems can be solved by improvement of ionic conductivity through controlled nanostructure of electrolyte and adopting nanoporous electrodes as substrates which have homogeneous submicron pore size and highly flattened surface. In this study, ultra-thin oxide films having submicron thickness without gas leakage are deposited on nanoporous substrates. By oxidation of metal thin films deposited onto nanoporous anodic alumina substrates with pore size of $20nm{\sim}200nm$ using dc-magnetron sputtering at room temperature, ultra-thin and dense ionic conducting oxide films with submicron thickness are realized. The specific material properties of the thin films including gas permeation, grain/gran boundaries formation, change of crystalline structure/microstructure by phase transition are investigated for optimization of ultra thin film deposition process.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.70.1-70.1
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2012
In-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and infrared (IR) spectroscopy studies of SOFC cathode materials will be discussed in this presentation. The mixed conducting perovskites (ABO3) containing rare and alkaline earth metals on the A-site and a transition metal on the B-site are commonly used as cathodes for solid oxide fuel cells (SOFC). However, the details of the oxygen reduction reaction are still not clearly understood. The information about the type of adsorbed oxygen species and their concentration is important for a mechanistic understanding of the oxygen incorporation into these cathode materials. XPS has been widely used for the analysis of adsorbed species and surface structure. However, the conventional XPS experiments have the severe drawback to operate at room temperature and with the sample under ultrahigh vacuum (UHV) conditions, which is far from the relevant conditions of SOFC operation. The disadvantages of conventional XPS can be overcome to a large extent with a "high pressure" XPS setup installed at the BESSY II synchrotron. It allows sample depth profiling over 2 nm without sputtering by variation of the excitation energy, and most importantly measurements under a residual gas pressure in the mbar range. It is also well known that the catalytic activity for the oxygen reduction is very sensitive to their electrical conductivity and oxygen nonstoichiometry. Although the electrical conductivity of perovskite oxides has been intensively studied as a function of temperature or oxygen partial pressure (Po2), in-situ measurements of the conductivity of these materials in contact with the electrolyte as a SOFC configuration have little been reported. In order to measure the in-plane conductivity of an electrode film on the electrolyte, a substrate with high resistance is required for excluding the leakage current of the substrate. It is also hardly possible to measure the conductivity of cracked thin film by electrical methods. In this study, we report the electrical conductivity of perovskite $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_{3-{\delta}}$ (LSC) thin films on yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte quantitatively obtained by in-situ IR spectroscopy. This method enables a reliable measurement of the electronic conductivity of the electrodes as part of the SOFC configuration regardless of leakage current to the substrate and cracks in the film.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.867-868
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2011
Transient Analysis on heat transfer of rocket engine combustion chamber and wall temperature variation was carried out, especially, calculations of LOx/kerosene rocket engine with/without fuel film-cooling were conducted. Convective and radiative heat flux inside combustion chamber wall were calculated by the empirical equations for rocket engine combustion, and conduction of wall interior was calculated by numerical method with 2D axisymmetric grid. In this calculations the transient variations of wall temperature, the location changes of peak temperature and so on affected by film-cooling were analyzed.
YSZ/LSM composite cathode was fabricated by dip-coating of YSZ sol on the internal pore surface of a LSM cathode followed by sintering at low temperature (800-100$0^{\circ}C$) The YSZ coating significantly increased the TPB(Triple Phase Boundary) where the gas the electrode and the electrolyte were in contact with each other. Sinter the formation of resistive materials such as La2Zr2O7 or SrZrO3 was prevented due to the low processing temperature and TPB was increased due to the YSZ film coating the electrode resistance (Rel) was reduced about 100 times compared to non-modified cathode. From the analysis of a.c impedance it was shown that microstructural change of the cathode caused by YSZ film coating affected the oxygen reduction reaction. In the case of non-modified cathode the RDS (rate determining step) was electrode reactions rather than mass transfer or the oxygen gas diffusion in the experimental conditions employed in this study ($600^{\circ}C$-100$0^{\circ}C$ and 0,01-1 atm of Po2) for the YSZ film coated cathode however the RDS involved the oxygen diffusion through micropores of YSZ film at high temperature of 950-100$0^{\circ}C$ and low oxygen partial pressure of 0.01-0.03 atm.
The characteristics of oxidation for the Zry-4 was measured in the $800^{\circ}C$ and high steam pressure (50 bar, 75 bar, 100 bar) conditions, using an apparatus for high pressure steam oxidation. The effect of accelerated oxidation by high-pressure steam was increased more than 60% in hydrogen-charged cladding than normal cladding. This difference between hydrogen charged claddings and normal claddings tends to be larger as the higher pressure. The accelerated oxidation effect of hydrogen charging cladding is regarded as the hydrogen on the metal layer affects the formation of the protective oxide layer. The creation of the sound monoclinic phase in Zry-4 oxidation influences reinforcement of corrosion-resistance of the oxide layer. The oxidation is estimated to be accelerated due to the creation of equiaxial type oxide film with lower corrosion resistance than that of columnar type oxide film. When tetragonal oxide film transformed into the monoclinic oxide film, surface energy of the new monoclinic phase reduced by hydrogen in the metal layer.
Park, Je-Sik;Jeong, Goo-Jin;Kim, Young-Jun;Kim, Ki-Jae;Lee, Churl-Kyoung
Journal of Surface Science and Engineering
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v.44
no.2
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pp.68-73
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2011
A Ni-W thin-film was synthesized by electrodeposition, and its corrosion resistance and electrical surface conductivity were investigated. Amount of tungsten in the Ni-W thin-film increased linearly with current density during the electrodeposition, and crack-free and low-crystalline Ni-21 at.%W coating layer was obtained. Corrosion resistances of the Ni-W thin-films were examined with an anodic polarization method and a storage test in a strong sulfuric acid solution. As a result, the Ni-21 at.%W thin-film exhibited the greatest corrosion resistance, and maintained the electrical surface conductivity even after the severe corrosion test, which could be applicable as a surface treatment for advanced metallic bipolar plates in fuel cell or redox flow battery systems.
SiC coating has been introduced as protective layer in TRISO nuclear fuel particle of High Temperature Gas cooled Reactor (HTGR) due to excellent mechanical stability at high temperature. In order to inhibit the failure of the TRISO particles, it is important to evaluate the fracture strength of the SiC coating layer. ]n present work, thin silicon carbide coating was fabricated using chemical vapor deposition process with different microstructures and thicknesses. Processing condition and surface status of substrate.affect on the microstructure of SiC coating layer. Sphere indentation method on trilayer configuration was conducted to measure the fracture strength of the SiC film. The fracture strength of SiC film with different microstructure and thickness were characterized by trilayer strength measurement method nanoindentation technique was also used to characterize the elastic modulus and th ε hardness of the SiC film. Relationships between microstructure and mechanical properties of CVD SiC thin film were discussed.
YSZ ($8mol\%$ yttria-stabilized zirconia)-modified LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ composite cathodes were fabricated by formation of YSZ film on triple phase boundary (TPB) of LSM/YSZ/gas. The YSZ coating film greatly enlarged electrochemical reaction sites from the increase of additional TPB. The composite cathode was formed on thin YSZ electrolyte (about 30 Um thickness) supported on an anode and then I-V characterization and AC impedance analyses were performed at temperature between $700^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$. As results of the impedance analysis on the cell at $800^{\circ}C$ with humidified hydrogen as the fuel and air as the oxidant, R1 around the frequency of 1000 Hz represents the anode Polarization. R2 around the frequency of 100Hz indicates the cathode polarization, and R3 below the frequency of 10 Hz is the resistance of gas phase diffusion through the anode. The cell with the composite cathode produced power density of $0.55\;W/cm^2\;and\;1W/cm^2$ at air and oxygen atmosphere, respectively. The I-V curve could be divided into two parts showing distinctive behavior. At low current density region (part I) the performance decreased steeply and at high current density region (part II) the performance decreased gradually. At the part I the performance decrease was especially resulted from the large cathode polarization, while at the part H the performance decrease related to the electrolyte polarization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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