• 한국재료학회지
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• 제9권11호
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• pp.1075-1082
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• 1999

50/50 vol% LSM-YSZ의 복합공기극(LSM=$\textrm{La}_{1-x}\textrm{Sr}_{x}\textrm{MnO}_{3}$(0$\leq$x$\leq$0.5))이 콜로이드 증착법에 의해 준비으며 주사전자현미경과 임피던스 분석기에 의해 연구되어졌다. 재현성있는 임피던스 스펙트럼들이 LSM-YSZ/YSZ/LSM-YSZ로 구성된 향상된 셀을 사용함으로써 얻어졌다. 이러한 셀들의 임피던스 스펙트럼들은 작동온도에 강하게 영향을 받았으며, 가장 안정된 조건은 $900^{\circ}C$에서 도달되어졌다. $900^{\circ}C$에서 공기//공기 셀에 대해 측정된 전형적인 임피던스 스펙트럼들은 2개의 불완전한 호(depressed arc)로 구성되었다. LSM전극에 대한 YSZ의 첨가는 LSM-YSZ 공기극의 저항 감소를 가져왔으며, 전해질 표면의 불순물의 영향을 제거하기 위한 연마는 공기극 저항을 더욱 감소시켰다. 또한 촉매층(Ni 혹은 Sr)을 가진 LSM-YSZ 전극은 촉매층이 없는 경우에 비해 공기극 저항의 감소를 가져왔다. LSM-YSZ 공기극 저항은 전극조성, 전해질의 형태, 인가 전류에 의해 영향을 받았다.

• 전기화학회지
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• 제7권2호
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• pp.94-99
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• 2004

연료극 지지체 평관형 고체산화물 연료전지(SOFC)의 셀 전력밀도를 증가시키기 위하여 압출법에 의하여 제조하고 그 특성을 연구하였다. 연료극 지지체로써 Ni/YSZ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) cermet는 기공율 $50.6\%,\;0.23{\mu}m$의 기공크기를 나타내었다. 지지체에서의 Ni의 분포는 균일하였으며 전자전도 경로로써의 Ni의 연결성은 양호하였다. 지지체에 YSZ전해질과 복합 공기극층인 $LSM((La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_3)/YSZ$ 복합층, LSM, LSCF $(La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3)$층이 슬러리 디핑법에 의하여 코팅 및 소결된 연료극 지지체식 평관형 고체산화물 연료전지 단위전지의 성능은 $800^{\circ}C$에서 $300mW/cm^2(0.6V,\;500mA/cm^2)$의 성능을 나타내었다. 임피던스 분석에 의하여 평관형 셀의 전기화학적 분극저항을 평가하고 연료측의 가습에 따라 분극저항이 감소되어 성능이 향상됨을 알 수 있었다 슬러리 디핑법으로 LSM이 코팅된 SUS430 금속연결재를 $Ar+10\%\;H_2$에서 소결하였으며, $750^{\circ}C$에서 면저항의 측정할 결과, 초기에는 $148m{\Omega}cm^2$를 나타내었으며, 450시간 경과 후에 $43m{\Omega}cm^2$의 낮은 면저항을 유지하였다. 반면에 동일한 조건으로 LSM이 코팅된 Fecralloy는 높은 면저항을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.317-324
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• 2010

고체산화물연료전지의 상용화를 위해서 금속지지체형 고체산화물연료전지가 개발되었다. 이 연료전지는 기계적강도를 향상시킨 새로운 개념의 연료전지지만 접합층으로 인해 물질전달률이 감소한다. 본 논문에서는 전산해석을 이용하여 연료극지지체형 고체산화물연료전지와 금속지지체형 고체산화물연료전지의 물질전달율을 비교하고자 한다. 지배방정식, 전기화학반응, 세라믹 물성치 모델이 동시에 해석된다. 그리고 다공성 매질 내부의 물질전달 해석을 위해서 분자확산과 누센확산이 함께 고려된다. 전산해석의 검증을 위해서 실험결과와 해석결과를 비교한다. 금속 지지체형 고체산화물 연료전지의 평균 전류밀도가 연료극지지체형 고체산화물연료전지에 비해 약 23% 감소한다. 그러나 접합층으로 인해 금속지지체형 고체산화물연료전지가 더 균일한 전류밀도 분포를 가진다.

• 전기화학회지
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• 제8권2호
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• pp.88-93
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• 2005

고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 $8mol\%\;V_2O_3$로 안정화된 $ZrO_2(YSZ)$ 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YSZ(LY)$ 복합체, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$를 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, $3\%$수분을 함유한 수소와 공기로 $800^{\circ}C$ 이하에서 단전지의 성능을 평가하였다 작동온도 $800^{\circ}C$에서, $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$의 다층이 코팅된 전지가 $590mW/cm^2$로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, $0.244{\Omega}cm^2$로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.

• 대한화학회지
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• 제37권7호
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• pp.635-641
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• 1993

고체 전해질의 특성을 조사하기 위해 전기화학전지, $Pt|ar(PO_2=5.3{\times}10^{-3}atm)|Zr_{0.85}Ca_{0.15}O_{1.85}|air(PO_2=0.21atm)|Pt$을 제작하고 600~1000${\circ}$C의 온도구간에서 기전력의 온도 의존성을 측정하였다. 고체 전해질은 산소 음이온에 의한 순수한 이온성 전기전도도를 나타낸다. Fe-FexO, Co-CoO, Ni-NiO, 및 $Cu_2_O-CuO$전극들은 금속과 금속산화물을 1:1 몰비로 혼합한 후 800${\circ}$C에서 6h 동안 열처리하여 제조하였다. 전기 화학전지 Pt|M(s), $MO(s)|Zr_P{0.85}Ca_{0.15}O_{1.85}|air(PO_2=0.21atm)|Pt$을 제작하고 같은 온도 구간에서 기전력의 온도 의존성을 측정하였다 .그 전지들의 기전력과 기전력의 온도 의존성을 사용하여 금속산화물의 생성에 대한 열역학적 상태함수 변화들을 계산한다. 그 함수 변화들로 이들 산화물계의 물성을 논의하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.361-364
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• 2009

KEPRI has studied planar type SOFC stacks using anode-supported single cells and kW class co-generation systems for residential power generation. A 1kW class SOFC system consisted of a hot box part, a cold BOP part and a water reservoir. A hot box part contains a SOFC stack made up of 48 cells with $10{\times}10cm^2$ area and ferritic stainless steel interconnectors, a fuel reformer, a catalytic combustor and heat exchangers. Thermal management and insulation system were especially designed for self-sustainable operation. A cold BOP part was composed of blowers, pumps, a water trap and system control units. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with hydrogen, the stack power was 1.2kW at 30 A and 1.6kW at 50A. Turning off an electric furnace, the SOFC system was operated using hydrogen and city gas without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about 1.3kW with hydrogen and 1.2kW with city gas respectively. The system also recuperated heat of about 1.1kW by making hot water. Recently KEPRI developed stacks using $15{\times}15cm^2$ cells and tested them. KEPRI will develop a 5 kW class CHP system using $15{\times}15cm^2$ stacks by 2010.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2007년도 추계학술 발표회
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• pp.193-198
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• 2007

KIER has been developing the anode supported flat tubular SOFC stack for the intermediate temperature $(700{\sim}800^{\circ}C)$ operation. for this purpose, we have first fabricated anode supported flat tubular cells by the optimization between the current collecting method and the induction brazing process. After that we designed the compact fuel & air manifold by adopting the simulation technique to uniformly supply fuel & air gas and the unique seal & insulation method to make the more compact stack. For making stack, the prepared anode-supported flat tubular cells with effective electrode area of $90cm^2$ of connected in series with 12 modules, in which one module consists of two cells connected in parallel. The performance of stack in 3 % humidified $H_2$ and air at $800^{\circ}C$ shows maximum power of 507 W. Through these experiments, we obtained basic & advanced technology of the anode-supported flat tubular cell and established the proprietary concept of the anode-supported flat tubular SOFC stack in KIER.

• 한국세라믹학회지
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• 제43권12호
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• pp.823-828
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• 2006

One of the main issues of Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) is to reduce the operating temperature to $750^{\circ}C$ or less. It has advantages of improving the life of component parts and the long-term stability of a system, so the production cost could be decreased. In order to achieve that, the ohmic and polarization loss of a single cell should be minimized first. This paper presents.to fabricate anode-supported single cells with controlling microstructure as a function of particle size and volume of graphite and NiO-YSZ weight ratio. By means of optimizing the manufactural condition through microstructure analysis and performance evaluation, the single cell which had NiO-YSZ=6:4, graphite volume of 24% and graphite size of $75{\mu}m$ as the anode composition showed a distinguished power density of $510mW/cm^2$ at $650^{\circ}C$ and $810mW/cm^2$ at $700^{\circ}C$, respectively.

• 한국세라믹학회지
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• 제52권5호
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• pp.299-303
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• 2015

The electrolyte is an important component in determining the performance of Fuel Cells. Especially, investigation of the conduction properties of electrolytes plays a key role in determining the performance of the electrolyte. The electrochemical properties of Yttrium stabilized zirconia (YSZ) were measured to allow the use of this material as an electrolyte for solid oxide fuel cells (SOFC) in the temperature range of $700-1000^{\circ}C$ and in $0.21{\leq}pO_2/atm{\leq}10^{-23}$. A Hebb-Wagner polarization experimental cell was optimally manufactured; here we discuss typical problems associated with making cells. The partial conductivities due to electrons and holes for 8YSZ, which is known as a superior oxygen conductor, were obtained using I-V characteristics based on the Hebb-Wagner polarization method. Activation energies for holes and electrons are $3.99{\pm}0.17eV$ and $1.70{\pm}0.06eV$ respectively. Further, we calculated the oxygen ion conductivity with electron, hole, and total conductivity, which was obtained by DC four probe conductivity measurements. The oxygen ion conductivity was dependent on the temperature; the activation energy was $0.80{\pm}0.10eV$. The electrolyte domain was determined from the top limit, bottom limit, and boundary (p=n) of the oxygen partial pressure. As a result, the electrolyte domain was widely presented in an extensive range of oxygen partial pressures and temperatures.

• 청정기술
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• 제24권4호
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• pp.357-364
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• 2018

미세조류 및 거대조류 등 3세대 바이오매스로부터 바이오가스를 생산하는 연구는 다양한 규모의 실험을 통해 수행된 바 있다. 이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 이용하는 복합 열병합 발전의 상용화 가능성을 살펴보았다. 이를 위해 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기랭킨사이클로 이루어진 산업 스케일의 통합 열병합발전을 상용 공정모사기를 이용하여 설계, 모사하였고, 계산된 열 및 물질수지를 통해 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 모사 결과 설계된 열병합발전 공정은 시간당 62.5톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 36톤의 바이오가스를 이용하여 68.4 MW의 전력을 생산한다. 이 결과를 토대로 다양한 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 균둥화 발전비용(levelized electricity cost, LEC)을 계산하였는데, SOFC의 수명이 5년, 스택 가격이 $$225kW^{-1}$일 때 LEC는 12.26 ¢ $kWh^{-1}$로 기존의 고정 발전과 동등한 수준으로 나타났다.