• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제15권4호
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• pp.189-192
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• 2014

Yttria-stablized zirconia (YSZ) is the most commonly used electrolyte material, but the reduction in working temperature leads to insufficient ionic conductivity. Ceria based electrolytes (GDC) are more attractive in terms of conductivity at low temperature, but these materials are well known to be reducible at very low oxygen partial pressure. The reduction of electrolyte resistivity is necessary to overcome cell performance losses. So, thin YSZ/GDC bilayer technology seems suitable for decreasing the electrolyte resistance at lower operating temperatures. Bilayer electrolytes composed of a galdolinium-doped $CeO_2$ ($Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{1.95}$, GDC) layer and yttria-stabilized $ZrO_2$ (YSZ) layer with various thicknesses were deposited by RF sputtering and E-beam evaporation. The bilayer electrolytes were deposited between porous Ni-GDC anode and LSM cathode for anode-supported single cells. Thin film structure and surface morphology were investigated by X-ray diffraction (XRD), using $CuK{\alpha}$-radiation in the range of 2ce morphol$^{\circ}C$. The XRD patterns exhibit a well-formed cubic fluorite structure, and sharp lines of XRD peaks can be observed, which indicate a single solid solution. The morphology and size of the prepared particles were investigated by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The performance of the cells was evaluated over $500{\sim}800^{\circ}C$, using humidified hydrogen as fuel, and air as oxidant.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권9호
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• pp.931-935
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• 2012

본 연구에서는 저온형 연료전지와 고온형 연료전지의 작동 및 구성 요소 측면 단점들을 보완하기 위해 중온 영역에서 작동하는 박막 연료전지를 제작하였다. 박막 연료전지는 이트륨이 도핑된 바륨 지르코네이트(BYZ) 전해질과 백금 수소극/공기극으로 이루어져 있으며, 성능은 $350^{\circ}C$에서 측정하였다. 350nm의 두께를 가지는 백금 수소극은 다공성 기판 위에 스퍼터링 기법을 이용하여 증착하였다. BYZ전해질은 펄스레이저 기법을 이용하여 $1{\mu}m$ 증착하였고, 상부에 스퍼터링 기법을 이용하여 200nm의 두께를 가지는 백금 공기극을 증착하였다. 개회로 전압은 약 0.81V이었고, 최대 출력 성능은 11.9mW/$cm^2$이었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권8호
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• pp.1107-1115
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• 2009

석유에너지의 고갈과 지구온난화 등의 환경적 문제는 대기오염물질 배출규제 강화와 함께 고효율 및 친환경에 적합한 새로운 선박용 동력장치의 필요성을 제기하고 있다. 최근 이와 같은 문제들을 근본적으로 해결하기 위한 지속가능한 방법으로서 연료전지를 선박의 동력발생장치로 도입하고자 하는 검토가 진행되고 있다. 본 논문은 대형 선박용으로 적합한 고체산화물형 연료전지/가스터빈 하이브리드시스템의 특성을 분석한 것으로 공기극 입구온도를 일정으로 제어하는 경우에 대한 시스템의 성능 및 안전성 등에 관한 문제를 다루고 있다.

• 한국세라믹학회지
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• 제45권12호
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• pp.755-759
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• 2008

New cathode materials $LaNi_{1-x}{Cu_x}{O_3}$ (typically $LaNi_{0.8}Cu_{0.2}O_3$) were synthesized using a co-precipitation method. The structure and morphology of the powders were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The composite material [$Ce_{0.8}Sm_{0.2}O_{2-\ddot{a}}$(SDC) and carbonate (${Na_2}{CO_3},{Li_2}{CO_3}$)], NiO and $LaNi_{1-x}{Cu_x}{O_3}$ were used as the electrolyte, anode and cathode, respectively. The electrochemical performance of La-Ni-Cu-O perovskite oxide at low temperatures ($400{\sim}550^{\circ}C$) was studied. The results showed that $LaNi_{0.8}Cu_{0.2}O_3$ precursor powder prepared through a co-precipitation method and calcined at $860^{\circ}C$ for 2 h formed uniform grains with diameters in the range of $400{\sim}500\;nm$. The maximum power density and the short circuit current density of the single cell unit at $550^{\circ}C$ were found to be $390\;mW/cm^2$ and $968\;mA/cm^2$, respectively.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.343-350
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• 2012

본 연구에서는 외부 개질기에 열원을 공급하기 위한 시스템 내에 가용한 열에너지의 활용 및 확보에 대한 해석을 위해서 외부 개질기를 연계한 평판형 SOFC 시스템의 해석 모델을 구축하고자 한다. 이러한 해석을 위한 모델 구축을 위해 Matlab simulink$^{(R)}$ 기반의 ThermoLib module을 사용하였으며, 구축된 해석 모델을 통하여 시스템의 성능 향상을 위한 구성 기법에 대해서 연구를 하였다. 시스템 구성 방법은 기존 시스템의 layout을 바꾸기 위해 공기극 출구가스 재순환 및 외부개질기와 촉매연소기를 통합한 개질반응시스템 적용, 개질기에 공급되는 혼합연료의 예열, 연료극 출구가스의 응축을 통한 연료 농도 향상 등을 고려하였다. 시뮬레이션의 해석 결과에서는 SOFC 시스템에 있어서 일반 연소기를 적용한 기준 시스템에 비하여 촉매 연소기를 사용한 시스템의 전기 효율이 12.13% 향상되었으며, 연료극 출구 가스를 응축시켜 버너로 연소시킨 시스템에서는 열효율이 76.12%로 가장 높았다.

• 신재생에너지
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• 제18권2호
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• pp.40-49
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• 2022

In this study, the phase and electrochemical properties of Co and Ti substituted layered perovskites SmBaCo_2-xTi_xO_5+d (x=0.5, 0.7, 1.0, 1.1, 1.3, and 1.5) were analyzed, and their application as electrodes in solid oxide fuel cells (SOFCs) were evaluated. After calcination at 1300℃ for 6 h, a single phase was observed for two compositions of the SmBaCo_2-xTi_xO_5+d oxide system, SmBaCoTiO_5+d (x=1.0) and SmBaCo_0.9Ti_1.1O_5+d (x=1.1). However, the phases of SmBaCoTiO_5+d (SBCTO) and SmTiO₃ coexisted for compositions with x≥1.3 (Ti content). In contrast, for compositions of x≤0.7, the SmBaCo₂O_5+d phase was observed instead of the SmTiO₃ phase. To evaluate the applicability of these materials as SOFC electrodes, the electrical conductivities were measured under various atmospheres (air, N₂, and H₂). SBCTO exhibited stable semi-conductor electrical conductivity behavior in an air and N₂ atmosphere. However, SBCTO showed insulator behavior at temperatures above 600℃ in a H₂ atmosphere. Therefore, SBCTO may only be used as cathode materials. Moreover, SBCTO had an area specific resistance (ASR) value of 0.140 Ω·cm² at 750℃.

• 전기화학회지
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• 제4권2호
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• pp.58-64
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• 2001

기체/전해질/LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ 공기극이 만나는 삼상계면 (triple phase boundary) 주위에 YSZ ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) 코팅막 (coating film) 을 형성하여 추가로 삼상계면을 크게 늘린 새로운 전극 미세구조를 갖는 복합 공기극 (composite cathode) 을 개발하였다. 이 복합 공기극을 전해질 두께가 약 $30{\mu}m$인 연료극 (anode)v 지지체 위에 형성하여 $700\~800{\circ}C$의 온도에서 전류전압 특성 및 교류 임피던스 분석을 실시하였다. $800^{\circ}$, 공기 및 수소 조건에서 교류 임피던스 분석 결과 1000Hz주파수 영역을 대변하는 저항성분 R1은 연료극 분극 저항에 해당하였고 100Hz주파수 영역의 저항성분 R2는 공기극 분극 저항 성분, 그리고 10Hz이하 영역의 저항성분 R3는 전극을 통한 기체확산 저항성분으로 특히, 작동 조건인 공기 및 수소 분위기에서는 연료극 쪽 반응기체에 의한 기체확산 저항 성분임을 알 수 있었다. 전지성능 측정 결과 이 복합 공기극을 장착한 전지는 $800^{\circ}C$, 공기 및 산소 조건에서 각각 $0.55W/cm^2$ $1W/cm^2$의 높은 전지성능을 나타내었다. 전류전압 곡선은 기울기가 다른 두 구간으로 구분되었으며, 낮은 전류밀도 하에서 보이는 급격한 전압감소 구간은 공기극 분극저항이 주된 성능 저하의 원인인 반면, 높은 전류밀도 하에서 나타나는 완만한 전압 감소 구간은 전해질에 관련된 분극저항이 주된 성능 저하의 원인이었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권12호
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• pp.740-746
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• 2007

The potential candidates for IT-SOFCs cathode materials, $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ (BSCF) and $La_{0.6}Ba_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LBCF) powders, were synthesized by a EDTA-citrate combined method from $Sr(NO_3)_2$, $Ba(NO_3)_2$, $La(NO_3)_3{\cdot}6H_2O$, $Co(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, $Fe(NO_3)_3{\cdot}9H_2O$, citric acid and $EDTA-NH_3$. The cathode performance of symmetrical electrochemical cells consisting of BSCF-GDC or LBCF-GDC composite electrodes and a GDC electrolyte was investigated using by AC impedance spectroscopy at the temperature range of 500 to $700^{\circ}C$. It was found that a single phase perovskite could be successfully synthesized when the precursor is heated at $850^{\circ}C$ for 2 h. Due to thermal expansion mismatch between BSCF and GDC, the composite cathodes with lower GDC content than 45 wt% were peeled off from the GDC electrolyte and their electrode polarization resistance was estimated to be high. The thermal expansion coefficient of BSCF-GDC composites was decreased with increasing the GDC content and the electrode peeling off did not occur in BSCF-45 and 55 wt% GDC composites. BSCF-45 wt% GDC composite electrode showed the lowest area specific resistances (ASR) of 0.15 and $0.04{\Omega}{\cdot}cm^2$ at 600 and $700^{\circ}C$, respectively. On the other hand, LBCF-GDC composite cathodes showed higher ASR than the BSCF-45 and 55 wt% GDC and their cathode performance were decreased with the GDC content.

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.115-120
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• 2000

양극 물질로 산화바나듐 박막, 고체전해질로는 LiPON 박막 그리고 음극 물질로는 리튬 금속 박막을 선택하여 $Li/LiPON/V_2O_5/Pt$ 구조의 전고상 박막 전지를 제작하였고 전지 특성을 평가하였다. 산화바나듐 박막은 여러 산소 분압에서 직류 반응성 스퍼터링으로 증착하여 전기화학적 특성을 분석한 결과 $20\%\;O_2/Ar$비에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 직류 반응성 스퍼터링에 의해 산화바나듐 박막을 제작한 후 진공을 그대로 유지한 상태에서 r.f. 반응성 스퍼터링에 의해 LiPON 고체전해질 박막을 증착하였다. 그 후 dry room내에서 진공 열증착법에 의해 리튬 금속 박막을 증착하여 전고상의 박막 전지를 제작하였다. $Li/LiPON/V_2O_5$ 박막 전지를 전압 범위와 전류 밀도를 변화시켜 충방전 시험을 행한 결과 $7{\mu}A/cm^2$의 전류 밀도와 3.6-2.7 V의 전압범위에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. $Li/LiPON/V_2O_5$박막 전지로 초시계를 구동 시켰으며 이는 in-situ공정에 의해 제작된 박막 전지가 소자 에너지원으로의 응용 가능성을 보여 주었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.196-199
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• 2007

The chemical states of oxygen on the surfaces of $Pr_{1-x}Sr_{x}CoO_{3}$ (x=0.5 and 0.7) oxide systems were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy. Merged oxygen peaks of $Pr_{1-x}Sr_{x}CoO_{3}$ (x=0.5 and 0.7) oxides could be divided as five sub-peaks. These five sub-peaks could be defined as lattice oxygen ($O_{L}$). chemisorbed oxygen peaks ($O_{C}$) and hydroxyl condition oxygen peak ($O_{H}$). In case of the $Pr_{0.5}Sr_{0.5}CoO_{3}$ and $Pr_{0.3}Sr_{0.7}CoO_{3}$, the binding energy (BE) of oxygen lattice were located at same BE. However, the BE of chemisorbed oxygen peaks including oxygen vacancy shows different BE. Especially, it was found that BE of chemisorbed oxygen peaks was increased when more Sr were substituted. Comparing atomic percentages of oxygens of $Pr_{0.5}Sr_{0.5}CoO_{3}$ and $Pr_{0.3}Sr_{0.7}CoO_{3}$, the ratio of $Pr_{0.3}Sr_{0.7}CoO_{3}$ was higher than that of $Pr_{0.5}Sr_{0.5}CoO_{3}$. It showed more chemically adsorbed site including oxygen vacancies were existed in $Pr_{0.3}Sr_{0.7}CoO_{3}$.