Rod-shaped particle reinforced $LiAlO_2$ matrices for MCFC were fabricated by an aqueous tape-casting technique. The hydrolysis reaction and agglomeration of $\gamma-LiAlO_2$ particles in aqueous slurries were inhibited by additions of $LiOH{\cdot}H_2O$ and glycerin to the aqueous $\gamma-LiAlO_2$ slurry. The tape-casting, performed using the aqueous slurry containing protein albumin, was fast and led to an effective drying at casting temperature range of $60{\sim}65^{\circ}C$. The strength of the particle reinforced matrix was improved about 4 times compared to that of matrix without reinforcement. Pore size distribution ($0.1{\sim}0.4{\mu}m$) and porosity ($50{\sim}60%$) of the reinforced matrices were determined to be appropriate for the MCFC matrix. The aqueous tape casting process is not only environmental-friendly but also efficient for fabricating MCFC matrices compared to non-aqueous tape casting.
A 75kW MCFC stack with the reactive area of 9,600cm$^2$ has been operated and validated in Boryeong thermal power plant. The 75kW MCFC stack was installed at the end of November 28, 2008 and started initial operation on December 23, 2008 after pretreated for about 20 days. At initial load operation, the stack showed the Open Circuit Voltage of 137V, which approaches the theoretical value. At the early stage of rated power operation, the stack displayed the voltage of 104V at the current of 754A and reached the maximum generating power of 78.5kW DC. This stack has been operated for 2,890 hours until April, 2009. In addition, the operation time of rated power records 1890 hours. This Operating result is scheduled to be reflected the design of l25kW stack.
In this study, successive coating and co-sintering techniques have been used to fabricate LSM/GDC based cathode supported direct carbon fuel cells. The porous LSM/GDC cathode substrate, dense, thin and crack free GDC and ScSZ layers as bi-layer electrolyte, and a porous Ni/ScSZ anode layer was obtained by co-firing at $1400^{\circ}C$. The porous structure of LSM/GDC cathode substrate, after sintering at $1400^{\circ}C$, was obtained due to the presence of GDC phase, which inhibits sintering of LSM because of its higher sintering temperature. The electrochemical characterization of assembled cell was carried out with air as an oxidant and carbon particles in molten carbonate as fuel. The measured open circuit voltages (OCVs) were obtained to be more than 0.99 V, independent of testing temperature. The peak power densities were 116, 195 and $225mWcm^{-2}$ at 750, 800 and $850^{\circ}C$, respectively.
In the power plant using high temperature fuel cells such as Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC), and Solid Oxide Fuel Cell(SOFC), the generated electric power per area of power generation facilities is much higher than any other renewable energy sources. - High temperature fuel cell systems are capable of operating at MW rated power output. - It also has a feature that is short for length of the line for connecting the interior of the generation facilities. In normal condition, these points are advantages for voltage drops or power losses. However, in abnormal condition such as fault occurrence in electrical system, the fault currents are increased, because of the small impedance of the short length of power cable. Commonly, to minimize the thermal-mechanical stresses on the stack and increase the systems reliability, we divided the power plant configuration to several banks for parallel operation. However, when a fault occurs in the parallel operation system of power main transformer, the fault currents might exceed the interruption capacity of protective devices. In fact, although the internal voltage level of the fuel cell power plant is the voltage level of distribution systems, we should install the circuit breakers for transmission systems due to fault current. To resolve these problems, the SFCL has been studied as one of the noticeable devices. Therefore, we analyzed the effect of application of the SFCL on bus tie in a fuel cell power plants system using PSCAD/EMTDC.
LEE, MIN JAE;KANG, MIN GOO;JANG, SEONG-CHEOL;HAM, HYUNG CHUL;AHN, JOONG WOO;NAM, SUK WOO;YOON, SUNG PIL;HAN, JONGHEE
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.29
no.1
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pp.64-70
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2018
In this study, the kg-class Ni-Al alloy fabrication process at low temperature was developed from the physical mixture of Ni and Al powders. The AlCl3 as an activator was used to reduce the temperature of alloy synthesis below the melting temperature of Ni and Al elements (<$500^{\circ}C$). Mixed phase of Ni3Al intermetallic and Ni-Al solid-solution were identified in the XRD pattern analysis. Furthermore, from the analysis of SEM and particle size analyzer, we found that the particle size of synthesized alloy powders was not changed compared to the initial size of Ni particle after the formation of alloy powder at $500^{\circ}C$. In the creep test, the anode (which was fabricated by the prepared Ni-Al alloy powders in this study) displayed the enhanced creep resistance compared to the conventional anode.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.6
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pp.641-648
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2011
Off-gases emitted from the anode of a molten carbonate fuel cell (MCFC) at high temperatures for power generation are used as fuel in catalytic combustion. The heat generated in the catalytic combustor is utilized as the heat for the endothermic reaction required for steam reforming. Among the various operational conditions of the integrated reactor, we varied the inlet gas compositions of the catalytic combustor according to fuel utilization in the MCFC and the ratio of steam to carbon in the reformer. Subsequently, the thermal behaviors and reaction characteristics of the integrated reactor were investigated experimentally. The fundamental data from this experimental study will be useful for the design and fabrication of a more practical integrated reactor in the future.
Kim, Hyung-Suk;Song, Shin-Ae;Jang, Seong-Cheol;Park, Dong-Nyeock;Ham, Hyung-Chul;Yoon, Sung-Pil;Oh, Seong-Geun;Han, Jong-Hee;Kim, Sung-Hyun
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.23
no.2
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pp.143-149
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2012
용융탄산염 연료전지 상용화를 위해서 40,000 시간이상 장기 운전이 가능해야 한다. 장기운전을 위해 크랙 발생이 적고 기계적 강도가 높은 강화 매트릭스의 개발이 절실히 요구되고 있다. 본 연구에서는 $LiAlO_2$에 알루미늄 나노입자를 첨가하여 매트릭스의 기계적 강도를 향상시키는 연구를 수행하였다. 나노 알루미늄 첨가 $LiAlO_2$ 그린 시트를 수소 분위기에서 열처리한 결과, 공기 분위기에서 열처리한 매트릭스에 비해 기계적 강도가 1.5배 증가함을 확인하였다. 이는 환원분위기에서 열처리를 할 경우, 알루미늄의 입자간의 소결으로 인한 neck이 형성 되어 $LiAlO_2$ 입자 간에 다리를 만들어주는 효과가 나타나 매트릭스의 기계적 강도가 크게 증진되었으리라 판단된다.
Effect of inherent volatile matters in fuels on electrochemical reactions of anode was investigated for a single direct carbon fuel cell (DCFC). Raw coals used as power source in the DCFC release light gases into the atmosphere under the operating temperature of DCFC ($700^{\circ}C$) by thermal decomposition and only char remained. These exhausted gases change the gas composition around anode and affect the electrochemical oxidation reaction of system. To investigate the effect of produced gases, comparative study was conducted between Indonesian sub-bituminous coal and its char obtained through thermal treatment, carbonizing. Maximum power density of raw coal ($52mW/cm^2$) was appeared higher than that of char ($37mW/cm^2$) because the gases produced from the raw coal during thermal decomposition gave additional positive results to electrochemical reaction of the system. The produced gases from coals were analyzed using TGA and FT-IR. The influence of volatile matters on anodic electrolyteelectrode interface was observed by the equivalent circuit induced from fitting of impedance spectroscopy data.
This study was carried out for investigating the corrosion behaviors, corrosion mechanisms, and behaviors of elements on a separator for a molten carbonate fuel cell under both the electrolyte and anode side environment. A 310S austenitic stainless steel was used as the separator material. Corrosion proceeded via three steps; the formation step of corrosion product in which rapid corrosion takes place until stable corrosion product is formed after the beginning of corrosion, the protection step against corrosion until breakaway occurs after the formation step of stable corrosion product and the advancing step of corrosion after the breakaway. From the standpoint of the behavior of the elements in the specimen, Fe and Cr, Ni were enriched in the region of corrosion product, in the region of corrosion protection, and at the Cr-deplete zone, respectively. With respect to corrosion mechanism, ionization of electrolyte at the anode side was the main corrosion mechanism, and the final corrosion products were $LiFeO_2$ and $LiCrO_2$ at the anode side.
During the past decades much attention has been paid to the desulfurization of diesel oil which is important as a source for the fuel cells to prevent the sulfur poisoning of both diesel steam reforming catalyst and electrode of fuel cell. Although alternative desulfurization techniques have been investigated, desulfurization for ultra-low sulfur diesel (ULSD) is still challenged. Therefore, this research focuses on the desulfurization of commercial ULSD for the application to molten carbonate fuel cell (MCFC). Herein, the performances of several kinds of commercial adsorbents based on activated carbons, zeolites, and metal oxides for desulfurization of ULSD were screened. The results showed that metal oxides based materials can feasibly reduce sulfur concentration in ULSD to a level of 0.1 ppmw while activated carbons and zeolites did not reach this level at current conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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