• 한국세라믹학회지
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• 제44권8호
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• pp.424-429
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• 2007

Novel conductive $CO_2$ membranes composed of dual phases, molten carbonates and electronic conducting ceramics, were investigated. As the microstructure control of electronic conducting ceramic supports is extremely important to keep the molten carbonates stable in the membranes by a capillary force applied by the pore structure of the supports, we have scrutinized the microstructure of the electronic conducting supports utilizing microscopic images and gas permeability measurement. From the evaluation of the electrical conductivities of the molten carbonates and the electronic conducting ceramic supports, we found that the ionic conductivity of the molten carbonates could determine $CO_2$ flux through the dual phase membranes if the surface exchange rate were relatively high enough.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권4호
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• pp.283-288
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• 2014

PdO-doped $BaZr_{0.85}Y_{0.15}O_{3-\delta}$ (BZPY) proton conductors have been proposed as applicable for intermediate temperature electrolytes for protonic ceramic fuel cells (PCFCs) because the PdO doping is effective for improving the proton conductivity of $BaZr_{0.85}Y_{0.15}O_{3-\delta}$ (BZY) with high affinity for hydrogen. In order to further improve the conductivity of BZPY, two-phase composite electrolytes consisting of a BZPY and molten carbonate were designed. Dense BZPY-based composite electrolytes were fabricated after sintering at $670^{\circ}C$ for 4 h, since molten carbonates fill the grain boundary of the porous BZPY matrix. Furthermore, BZPY/$(Li-0.5Na)_2CO_3$ composites show a significantly enhanced protonic conductivity at intermediate temperatures. This may be because easy proton transport is possible through the interface of the carbonate and oxide phase.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제20권10호
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• pp.918-923
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• 2007

Fuel cell is a modular, high efficient and environmentally energy conversion device, it has become a promising option to replace the conventional fossil fuel based electric power plants. The high temperature fuel cell has conspicuous feature and high potential in being used as an energy converter of various fuel to electricity and heat. Corrosions in molten electrolytes and the electric conductivity across the oxide scale have crucial characteristics. When molten salts are involved, high temperature corrosions become severe. In this sense, corrosions of alloys with molten carbonates have the most severe material problems. Systematic investigation on corrosion behavior of Fe/21Cr/Ti or Al alloy has been done in (62+38)mol% (Li+K)$CO_3$ melt at $650^{\circ}C$ using the electrochemical impedance spectroscopy method. It was found that the corrosion current of these Fe-based alloys decreased with increasing Al or Ti. And Al addition improved the corrosion resistance of this type of specimen and more improvement of corrosion resistance was observed at the specimen added with Al.

• 전기화학회지
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• 제13권3호
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• pp.203-210
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• 2010

용융탄산염 연료전지(MCFC)의 양극으로 사용되는 NiO는 $650^{\circ}C$의 용융탄산염과 산소 분위기 조건에서 안정하고 높은 전기 전도도를 가지는 장점이 있다. 그러나, 장시간 운전 시 양극에서 전해질로의 Ni dissolution은 전지 내부의 단락을 초래하여 전지의 수명을 단축시킨다. 본 연구에서는 대체 전극물질로서 코발트와 나이오븀을 코팅시킨 NiO 전극을 제조하였으며, 이렇게 제조된 전극은 기존 NiO전극과 비교하여 낮은 Ni dissolution과 안정되고 우수한 전기화학 성능을 보임을 확인하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제20권12호
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• pp.1413-1417
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• 1999

Chemical poisoning of Ni/MgO catalyst was induced by hot alkali carbonate vapor in molten carbonate fuel cell (MCFC), and the poisoned (or contaminated) catalyst was characterized by TPR/TPO, FTIR, and XRD analysis. Carbonate electrolytes such as K and Li were transferred to the catalyst during DIR-MCFC operation at 650 ℃. The deposition of alkali species on the catalyst consequently led to physical blocking on catalytic active sites and structural deformation by chemical poisoning. TPR/TPO analysis indicated that K species enhanced the reducibility of NiO thin film over Ni as co-catalyst, and Li species lessened the reducibility of metallic Ni by chemical reaction with MgO. FTIR analysis of the poisoned catalyst did not exhibit the characteristic ${\vector}_1$$(D_{3h})$ peaks (1055 $cm^{-1},\;1085\;cm{-1})$ for pure crystalline carbonates, instead a new peak (1120 $cm^{-1})$ was observed proportionally with deformed alkali carbonates. From XRD analysis, the oxidation of metallic Ni into $Ni_xMg_{1-x}O$ was confirmed by the peak shift of MgO with shrinking of Ni particles. Conclusively, hot alkali species induced both chemical poisoning and physical deposition on Ni/MgO catalyst in DIR-MCFC at 650 ℃.

• 한국세라믹학회지
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• 제34권3호
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• pp.303-313
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• 1997

용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell) 메트릭스의 성형성 및 강도 증진을 위한 알루미나/${\gamma}$-LiAlO2 화이버 강화 매트릭스에 대하여 연구하였다. ${\gamma}$-LiAlO2 입자에 10~30wt%의 화이버를 첨가한 슬러리를 테이프캐스팅 한 후 $650^{\circ}C$까지 열처리하여 두께가 500~600$\mu\textrm{m}$인 MCFC 매트릭스를 제조하였다. 화이버의 첨가량이 증가할수록 매트릭스의 기공율은 감소하였으나 입자크기가 대략 50$\mu\textrm{m}$인 ${\gamma}$-LiAlO2 분체의 첨가비를 50wt%까지 증가시킴으로써 MCFC 매트릭스에 적합한 기공율(50~60%)을 얻을 수 있었다. 알루미나 화이버의 첨가량이 20wt% 이고 길이가 250$\mu\textrm{m}$이하인 화이버를 사용하였을 때 매트릭스내의 분산성 및 강도 증진 효과가 가장 우수하였다. 반면에 본 연구에서 제조한 ${\gamma}$-LiAlO2 화이버를 이용한 강화 매트릭스의 강도(156 gf/$\textrm{mm}^2$)는 알루미나 화이버 강화 매트릭스에 비해 20~40% 정도 증진되었다. 또한 알루미나 화이버 강화 매트릭스는 용융탄산염에 의하여 부식되지만 ${\gamma}$-LiAlO2 화이버 강화 매트릭스는 전혀 부식되지 않음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권8호
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• pp.677-685
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• 2014

직접 탄소 연료전지(DCFC)는 석탄을 비롯한 탄소계 연료의 화학에너지를 직접 전기로 변환시킨다. 특히, 약 10 년 전에 고체산화물 전해질을 사용하고 연료극 매개체로 용융탄산염을 사용하는 고성능 직접탄소 연료전지 시스템이 제안되었다. 이 시스템의 경우, 운전 온도가 증가할수록 고체산화물 전해질의 이온 전도도가 향상되고 전기화학 반응이 활성화되어 성능이 향상되나, 연료극 매개체의 화학적인 안정성 문제발생이 우려된다. 본 연구에서는 탄소-탄산염 혼합 매개체의 고온 안정성을 이해하기 위한 일련의 실험을 수행하였다. 질소 또는 이산화탄소 분위기에서 카본블랙과 혼합된 $Li_2CO_3$와 $K_2CO_3$의 TGA 분석을 수행하였으며, 가열 과정에서 시료로부터 생성되는 가스 성분을 분석하였다. 이러한 결과를 해석하기 위하여, 탄산염의 열분해와 탄산염 등에 의하여 가속화되는 탄소 가스화 반응을 고려한 화학반응 모델을 제시하였으며, 실험 결과로부터 구한 매개체의 중량 손실과 가스 생성을 정성적으로 설명하였다.

• 전기화학회지
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• 제6권3호
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• pp.178-182
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• 2003

용융탄산염형 연료전지의 특성을 결정짓는 탄산염 전해질에 있어, 기존의 Li-K와 Li-Na 탄산염과는 다른 Li-Na-K 삼원계 탄산염의 특성을 산소환원 및 산화니켈 용해거동을 통해 검토하였다. 대상 삼원계 전해질은 Li-Na-K=47.4-32.6-20, 60-20-20, 50-40-10, $40-40-20mo1\%$이었으며, $650^{\circ}C$, 1기압 조건에서 산소환원 거동은 전기화학적 방법을 통해, NiO용해거동은 화학적 방법을 통해 검토하였다 삼원계 조성에 따라 산소환원 전류치의 차이가 관찰되어, 산소용해도가 조성에 의존함을 나타내었다. 또한 $Li-Na-K = 50-40-10 mol\%$ 조성에서는 다른 형태의 산소환원 피크가 관찰되어 조성에 따라 산소환원 메카니즘의 차이가 존재할 수 있음을 시사하였다. 그러나 산화니켈 용해도는 조성에 크게 의존하지 않는 특성을 보여주었다.

• 공업화학
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• 제10권5호
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• pp.754-760
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• 1999

직접 내부개질형 MCFC용 촉매의 반응 전과 후의 특성분석을 ICP, BET, CHN, EDS, $H_2$ 화학흡착 분석을 통하여 수행하였다. 반응을 거치는 동안 탄산염 전해질의 구성 성분인 K와 Li가 촉매에 전달되고, 그 누적량은 단위전지 내의 위치에 따라 입구, 출구, 중간 순으로 감소하였다. 알칼리 전달량 증가에 따라 BET 표면적과 Ni 분산도가 감소하고 촉매 표면에 증착된 알칼리 탄산염 물질이 존재하는 것으로부터, 촉매 표면상에 존재하는 알칼리성분의 물리적 피복이 촉매 활성을 감소시키는 중요한 원인임을 확인하였다. SEM 분석 결과, 입구, 중간, 출구 순으로 알칼리 성분의 표면 피복율이 감소하였으나, 실제 메탄에 대한 수증기 개질반응의 촉매활성은 출구부분 촉매가 입구나 중간 부분 촉매보다 낮은 활성을 보임으로써, 알칼리 탄산염의 물리적 피복에 의한 활성감소 이외의 다른 화학적 피독 요인이 존재함을 예측하였고, 이를 FT-IR 분석을 통해 확인하였다.