• 해양환경안전학회지
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• 제27권1호
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• pp.135-144
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• 2021

본 논문에서는 LNG 추진선박에서 발생하는 BOG(boil-off gas)를 이용하여 수소를 생산하고 수소 연료전지 시스템을 보조엔진으로 적용한 개질공정의 특성에 대한 연구를 수행했다. 연구를 위해 BOG 수증기 개질공정을 UniSim R410 프로그램을 이용해 공정설계하고, 개질기의 출구온도와 압력, SCR(steam carbon ratio)에 따른 생성물의 분율과 반응물의 소모량을 산출하였다. 연구 결과 개질온도가 890℃일때 메탄의 반응률이 100 %였으며, 최대 수소 생산량을 보였다. 또한 개질압력이 낮을수록 반응 활성도가 높았다. 하지만 그 이상의 온도가 되면 역반응의 우세로 인해 수소의 생산량은 감소하게 되고, 물과 이산화탄소의 양은 증가했다. 또한 SCR이 증가할수록 수소 생산량도 증가했으나 요구되는 에너지 소비량도 비례하여 증가했다. SCR이 1.8일 때 수소분율이 가장 높았으나 코킹방지를 위해 SCR이 3에서 운전하는 것이 최적 운전범위임을 확인했다. 그리고 개질압력이 낮을수록 발생되는 이산화탄소의 양은 증가했으며, 냉각 및 액화를 위해서는 이산화탄소 발생량을 기준으로 42.5 %의 LNG 냉열이 요구됨을 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.36-36
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• 2010

Currently, there are several newly developed energy resources for the future to replace petroleum resources such as hydrogen fuel cell, solar cell, wind power, and etc. Among them, solar cell has attracted a worldwide concern, because it has an enormous amount of resources. In general, a study of solar cells can be classified in to an area of bulk type and thin-film type. Inorganic solar cells based on silicon have been tremendously developed in technology and efficiency. However, since there are many lithographic steps, high processing temperature approximately $1000^{\circ}C$, and expensive raw materials, a manufacturing cost of device are nearly reaching a limit. Contrary to those disadvantages, organic solar cells can be manufactured at room temperature. Also, it has many advantages such as a low cost, easy fabrication of thin film, and possible manufacture to a large size. Because it can be made to be flexible, research and development on solar cells are actively in progress for the next generation. ever though an efficiency of the organic solar cell is low compared to that of inorganic one, a continuous study is needed. In this paper, we report optimal device structure obtained by a program simulation for design and development of highly efficient organic photovoltaic cells. we have also compared simulated results to experimental ones.

• 유기물자원화
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• 제23권1호
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• pp.45-51
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• 2015

본 연구에서는 비귀금속 촉매인 iron(II) phthalocyanine (FePc)와 cobalt tetramethoxyphenylporphyrin(CoTMPP)를 환원전극촉매로 이용하여 미생물연료전지의 연속운전을 진행하였다. 연속운전은 유기물 부하 (0.5~3 g COD/L/d)와 HRT (0.25~1 day)의 조건을 달리 운전하여 미생물연료전지의 성능을 평가하였다. 미생물연료전지의 전력밀도는 환원전극의 성능에 크게 영향을 받았으며, 최대전력밀도는 $3.3W/m^3$로 백금을 사용한 미생물연료전지에서 나타났다. 하지만, HRT의 조건을 달리 한 실험에서 FePc를 사용한 미생물연료전지가 백금을 사용한 미생물연료전지와 유사한 성능을 나타냈으며, 연속운전에서 백금 촉매를 대체할 수 있는 적합한 물질로 나타났다. 반면에 CoTMPP를 사용한 미생물연료전지는 연속운전에서 내부 저항의 급격한 증가로 전력밀도가 급격히 감소하였다.

• 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.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권4호
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• pp.257-268
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• 2017

본 논문에서는 우선 전기화학 유효도 모델에 기반하여 고체산화물 연료전지의 효율적인 2차원 해석모델을 제안하였다. 전기화학 유효도 모델은 연료전지 전극내 전해질 근처의 얇은 활성기능층에서 일어나는 복잡한 반응/전달현상을 고려하여 전극의 전류생산 성능을 정확하게 예측할 수 있는 장점을 가진다. 개발된 2차원 해석모델은 신뢰성을 검증한 후 음극지지 고체산화물 연료전지의 유로 횡방향 전류밀도 및 산소농도 분포를 계산하는데 사용되었으며 이를 통해 다공성 양극에서의 산소고갈 특성을 고찰하였다. 또한 효율적이면서도 정확한 계산을 위한 유로 횡방향 최소 필요격자수에 대한 수치해석 연구도 진행하였다.

• Environmental Engineering Research
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• 제23권4호
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• pp.383-389
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• 2018

Microbial fuel cell (MFC) is an innovative environmental and energy system that converts organic wastewater into electrical energy. For practical implementation of MFC as a wastewater treatment process, a number of limitations need to be overcome. Improving cathodic performance is one of major challenges, and introduction of a current collector can be an easy and practical solution. In this study, three types of current collectors made of stainless steel (SS) were tested in a single-chamber cubic MFC. The three current collectors had different contact areas to the cathode (P $1.0cm^2$; PC $4.3cm^2$; PM $6.5cm^2$) and increasing the contacting area enhanced the power and current generations and coulombic and energy recoveries by mainly decreasing cathodic charge transfer impedance. Application of the SS mesh to the cathode (PM) improved maximum power density, optimum current density and maximum current density by 8.8%, 3.6% and 6.7%, respectively, comparing with P of no SS mesh. The SS mesh decreased cathodic polarization resistance by up to 16%, and cathodic charge transfer impedance by up to 39%, possibly because the SS mesh enhanced electron transport and oxygen reduction reaction. However, application of the SS mesh had little effect on ohmic impedance.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권1호
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• pp.25-31
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• 2011

Solid oxide fuel cells (SOFCs) have many attractive features for widespread applications in generation systems. Recently, stainless steels have attractive materials for metallic bipolar plate because metallic bipolar plates have many benefits compared to others such as graphite and composite bipolar plates. SOFC operates on high temperature of about $800{\sim}1000^{\circ}C$ than other fuel cell systems. Thus, many studies have attempted to reduced the operation temperature of SOFC to about $600{\sim}800^{\circ}C$, which is the intermediate temperature (IT) of SOFC. Low cost and high-temperature corrosion resistance are very important for the practical applications of SOFC in various industries. In this study, two specimens, 304 and 430 stainless steels with and without different pre-surface treatments on the surface were investigated. And, specimens were exposed at high temperature in the box furnace under oxidation atmosphere of $800^{\circ}C$. Oxidation behavior have been investigated with the materials exposed at different times (100 hrs and 400 hrs) by SEM, EDS and XRD. By increasing exposure time, the amount of metal oxide increased in the order like; STS304 < STS430 and As-received < As-polished < Sand-blast specimens.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.308-320
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• 2022

The high internal resistance (R_int) that develops across the sediment microbial fuel cells (SMFC) limits their power production (~4/10 mW m^-2) that can be recovered from an initial oil-contaminated sediment (OCS). In the anolyte, R_int is related to poor biodegradation activity, quality and quantity of contaminant content in the sediment and anode material. While on the catholyte, R_int depends on the properties of the catholyte, the oxygen reduction reaction (ORR), and the cathode material. In this work, the main factors limiting the power output of the SMFC have been minimized. The power output of the SMFC was increased (47 times from its initial value, ~4 mW m^-2) minimizing the SMFC R_int (28 times from its initial value, 5000 ohms), following the main modifications. Anolyte: the initial OCS was amended with several amounts of gasoline and kerosene. The best anaerobic microbial activity of indigenous populations was better adapted (without more culture media) to 3 g of kerosene. Catholyte: ORR was catalyzed in birnessite/carbon fabric (CF)-cathode at pH 2, 0.8M Na₂SO₄. At the class level, the main microbial groups (Gammaproteobacteria, Coriobacteriia, Actinobacteria, Alphaproteobacteria) with electroactive members were found at C-anode and were associated with the high-power densities obtained. Gasoline is more difficult to biodegrade than kerosene. However, in both cases, SMFC biodegradation activity and power output are increased when ORR is performed on birnessite/CF in 0.8 M Na₂SO₄ at pH 2. The work discussed here can focus on bioremediation (in heavy OCS) or energy production in future work.

• 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.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제1권1호
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• pp.19-24
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• 2014

본 연구는 광산 지역 토착미생물인 철산화박테리아 (Acidithiobacillus ferrooxidans)를 이용하여 산성광산배수의 원인물질인 황철석을 함유한 광미로부터 전기를 생산하고자 하는 목적으로 수행되고 있다. 예비실험으로서 철산화박테리아의 존재 여부가 배양액 내 $Fe^{2+}$과 총 철의 농도 변화에 미치는 영향을 관찰하였다. 철산화박테리아가 존재하지 않는 조건에서는 초기 9,000 mg/L의 $Fe^{2+}$이 약 6,000 mg/L까지 감소하였으나, 철산화박테리아가 존재하는 조건에서는 약 400 mg/L까지 감소하였다. 이는 철산화박테리아가 $Fe^{2+}$의 산화를 촉진하기 때문으로, 황철석을 활용한 연료전지에 철산화박테리아를 적용하면 $Fe^{2+}$의 산화 과정에서 생기는 전자의 이동이 증가하여 전지의 전류 밀도를 높일 수 있는 가능성을 보여준다. 본 연구는 광산 지역 토착미생물의 생태학적 기능을 활용해 광미로부터 전기를 생산해내는 기술을 개발하는 연구의 바탕을 마련한다는 점에서 의미 있다.