• 한국세라믹학회지
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• 제51권1호
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• pp.51-56
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• 2014

Mixed ionic and electronic conducting $K_2NiF_4$-type oxide, $Nd_{2-x}Sr_xNiO_{4+\delta}$ (x = 0, 0.4, 0.6) powders were synthesized by a solid-state reaction technique and solid oxide fuel cells consisting of a $Nd_{2-x}Sr_xNiO_{4+\delta}-GDC$ cathode, a Ni-YSZ anode and 8YSZ as an electrolyte were fabricated. The effect of strontium substitution for neodymium on the electrical and electrochemical properties was examined. The electrical conductivity increased with an increase in the Sr doping content, while it appears that the excess oxygen (${\delta}$) decreased. Sr doping into $Nd_2NiO_{4+\delta}$ resulted in an increase in the cathode polarization resistance and an decrease in the power density of the cell. These phenomena may be associated with the decreased amount of excess oxygen noted in the $Nd_{2-x}Sr_xNiO_{4+\delta}$ cathode.

• 한국세라믹학회지
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• 제42권6호
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• pp.425-431
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• 2005

Line Shaped Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) with multilayered structure has been fabricated via direct-writing process. The cell is electrolyte of Ni-YSZ cermet anode, YSZ electrolyte and LSM cathode. They were processed into pastes for the direct writing process. Syringe filled with each electrode and electrolyte paste was loaded into the computer-controlled robe-dispensing machine and the paste was dispensed through cylindrical nozzle of 0.21 mm in diameter under the air pressure of 0.1 tow onto a moving plate with 1.22 mm/s. First of all, the anode paste was dispensed on the PSZ porous substrate, and then the electrolyte paste was dispensed. The anode/electrolyte and the PSZ substrate were co-fired at $1350^{\circ}C$ in air atmosphere for 3 h. The cathode layer was similarly dispensed and sintered at $1200^{\circ}C$ for 1 h. All the electrode/electrolyte lines were visually aligned during the direct writing process. The effective reaction area of fabricated SOFC was $0.03 cm^2$, and the thickness of anode, electrolyte and cathode was 20 $\mu$m, 15 $\mu$m, and 10 $\mu$m, respectively. The single line-shaped SOFC fabricated by direct-writing process exhibited OCV of 0.95 V and maximum power density of $0.35W/cm^2$ at $810^{\circ}C$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.379-381
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• 2009

The simulation model for metal-supported Solid Oxide Fuel Cell(SOFC) is developed in this study. Open circuit voltage is calculated using Nernst equation and Gibbs free energy is required by thermodynamic. The exchange current densities are compared with experimental results since exchange current density is most effective factor for the activation loss. Liu's study is used for the exchange current density of cathode, BSCF, and Koide's result is applied for the exchange current density of anode, Ni/YSZ. For the ohmic loss, ionic conductivity of YSZ is described from Kilner's mode and the data are compared with Wanzenberg's experimental data. Diffusivity is an important factor for the mass transfer through the porous medium. Both binary diffusion and Knudsen diffusion are considered as the diffusion mechanism. For validation, simulation results at this work are compared with our experimental results.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.129-132
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• 2007

Advanced structure of metal-supported solid oxide fuel cells was devised to overcome sealing problem and mechanical instability in ceramic-supported solid oxide fuel cells. STS430 whose dimensions were 26mm diameter, 1mm thickness and 0.4mm channel width was used as metal support. Thin ceramic layer composed of anode(Ni/YSZ) and electrolyte(YSZ) was joined with STS430 metal support by using a cermet adhesive. $La_{0.8}Sr_{0.2}Co_{0.4}Mn_{0.6}O_{3}$ perovskite oxide was used as cathode material. It was noted that oxygen reduction reaction of cathode governed the overall cell performance from oxygen partial pressure dependance.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2001년도 연료전지심포지움 2001논문집
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• pp.124-129
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• 2001

SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)의 음극으로 쓰이고 있는 Ni-YSZ 복합체의 미세구조를 Ni의 함량에 따라 정량적으로 분석하고 이로부터 미세구조적인 특성과 전극특성간의 상관관계를 규명하였다. 미세구조적인 특성의 정량화를 위해 quantitative microscopy 이론을 응용해 화상분석 하였고 그로부터 복합체내 각 상들의 크기 및 분포, 각 상간의 연결도 및 계면 면적 등의 정보를 얻어내었다. 미세구조 분석결과 복합체 전극의 특성은 입자성장 등에 의한 미세구조 변화, 특히 Ni 상의 입자성장 정도에 크게 의존하였으며 이렇게 정량화된 미세구조적 인자들은 복합체가 나타내는 복잡한 전기적 물성들을 예측하는데 아주 유용하게 활용되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.562-566
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• 2012

본 논문에서는 세그먼트 관형 고체산화물 연료전지(SOFC)의 설계 및 제작과 특성 분석을 다루고 있다. 관형 세라믹 지지체는 압출 공정을 통하여 제작하였으며, NiO-YSZ 연료극과 YSZ 전해질은 담금 코팅법을 통해 세라믹 지지체에 코팅하였다. 코팅된 세라믹 지지체를 $1,350^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리하였으며, $10{\mu}m$ 미만의 치밀하고, 균열이 없는 YSZ 전해질 층을 얻을 수 있었다. 또한 열처리된 세라믹 지지체에 LSM-YSZ/LSM/LSCF로 구성된 다층 구조 공기극을 담금법으로 코팅하여 $1,150^{\circ}C$에서 열처리하였다. 세라믹 관형 지지체에 코팅된 세그먼트 SOFC 셀은 Ag-glass 연결재를 사용하여 전기적으로 직렬 연결하였으며, 수소연료 유량과 운전 온도에 따른 세그먼트 SOFC의 성능 변화를 측정하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제37권9호
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• pp.847-855
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• 2000

80$0^{\circ}C$에서 작동하는 중온형 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) 단전지의 제조공정을 확립하고 그 출력특성을 평가하였다. 중온형 SOFC에서 문제가 되는 전해질 성분에 의한 출력 감소를 최소화하기 위해 음극기판 위에 7-15$\mu\textrm{m}$ 두께의 얇은 YSZ막을 입히는 음극지지형 SOFC를 구성하였다. 산화, 환원 반응이 일어나는 전극에서는 전극반응에 필요한 유효면적을 최대화하여 분극 저항을 줄일 수 있도록 음극으로는 Ni-YSZ 복합체를, 양극으로는 LSM-YSZ 복합체를 사용하였다. 출력특성 평가를 위한 단전지 홀더는 Inconnel을 가공하여 사용하였으며 80$0^{\circ}C$에서 최적의 밀봉효과를 나타낼 유리밀봉재를 개발하여 사용하였다. 제조한 단전지의 단면적은 5$\times$5$\textrm{cm}^2$, 10$\times$10$\textrm{cm}^2$ 두 종류였으며 운전 시험결과 5$\times$5 단전지의 경우는 최고 0.2W/$\textrm{cm}^2$, 10$\times$10 단전지의 경우는 0.12W/$\textrm{cm}^2$ 정도의 출력밀도를 나타내었다. 단전지의 출력 및 장기 안정성은 전극구조의 변화 및 단전지 홀더의 산화에 따른 접촉 저항 변화에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며 운전중의 연료공급 및 작동온도 변화 등에 의한 영향도 큰 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제19권2호
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• pp.62-72
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• 2010

고체산화물연료전지(SOFCs)는 연료가스를 전기화학반응을 통하여 전기에너지로 직접 전환한다. SOFCs의 이점은 수소인프라가 구축되기 이전이라도 연료의 다양성으로 연료전지를 효과적으로 구동할 수 있다. 한편 낮춰진 운전온도의 IT-SOFCs는 일부 재료의 개발은 다소 여유가 있으나 SOFCs의 완성을 위한 긴 수명과 내구성의 달성을 위한 도전은 계속되고 있다. SOFCs에 유용하게 사용하는 연료는 탄화수소인 천연가스이다. 애노드 재료로 가장 보편적으로 사용하는 재료는 Ni/YSZ서멧이다. 그러나 이는 몇 가지 단점을 가져 연료조건하에서 혼합전도도를 나타내는 새로운 애노드 재료의 개발이 필요하다. 이 논문은 SOFCs 애노드 재료개발에 대한 최근 동향을 기술한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.1986-1991
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• 2007

KEPRI has studied anode-supported planar SOFCs and kW class stacks operated at intermediate temperature for development of a combined heat and power unit. A single cell composed of Ni-YSZ/FL/ScSZ/LSCF showed the maximum power density of 0.55 W/$cm^2$ at $650^{\circ}C$ and 1.8 W/$cm^2$ at $750^{\circ}C$. With 37 cells of 10${\times}10cm^2$ and stainless steel interconnects, a 1kW class SOFC stack was manufactured. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with city gas, it showed the power output of 1.3 kWe at 50 A. It also recuperated heat of 0.57-1.2 kWth according to the loaded current through combustion of unreacted anode off-gas. Recently, KEPRI is developing a new kW class SOFC stack and system to increase efficiency and durability at intermediate temperature.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.85.2-85.2
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• 2011

현재 중온의 고체산화물 연료전지를 위해 다양한 전해질에 대한 연구되었으며 1994년 Ishihara et al.에서 1074K의 온도에서 높은 이온전도도를 갖는 페록스카이 구조를 갖는 LSGM 물질을 발표하였다. Sr과 Mg을 도핑한 Lanthanum gallate는 이온전도도가 1073K에서 0.14S/cm로 YSZ의 5배로 높은 이온전도도를 갖고 있으며 산화환경에서부터 환원환경에서 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있다. 또한 LSGM 전해질은 넓은 산소 농도범위에서 안정적인 특성을 갖는 장점을 갖고 있다. 그러나 LSGM은 가장 널리 사용되는 연료극의 Ni 촉매와 고온 소결시 상호확산현상에 의한 2차상을 생성시켜 성능 저감의 원인으로 그 해결방안이 요원한 실정이다. 이에 본 논문에서는 LSGM 전해질에 LSGM scaffold를 형성하고 형성된 scaffold에 연료극 촉매 solution을 infiltration 시켜 저온에서 anode를 형성하여 그 성능을 연구하였다.