• 한국세라믹학회지
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• 제43권12호
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• pp.768-774
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• 2006

The microstructure of Ni-YSZ cermets was controlled with fine and coarse starting powders (NiO and YSZ) to obtain a optimum strong and conductive tubular anode support for SOFCs. Three types of cermets with different microstructures, i.e., coarse Ni-fine YSZ, fine Ni-coarse YSZ, and fine Ni-fine YSZ, were fabricated to investigate their electrical and mechanical properties. The cermets from fine NiO powder showed high electrical conductivity due to the enhanced percolation of Ni particles. The cermet by foe Ni and coarse YSZ showed excellent electrical conductivity (>1000 S/cm) despite its high porosity $(\sim40%)$ but it showed poor mechanical strength due to the lack of percolation by YSZ particles and due to large pores. Thus fine NiO and YSZ powders were used to make strong and conductive Ni-YSZ support tube by extrusion. The microstructure of the anode tube was modified by the amount of polymeric additives and carbon black, a pore former. Ni-YSZ tube (porosity $\sim34%$) with the finer microstructure showed better performance both in electrical conductivity (>1000 S/cm) and fracture strength $(\sim140\;MPa)$. Either flat or circular NiO-YSZ tubes with the length from 20 to 40cm were successfully fabricated with the optimized composition of materials and polymeric additives.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.485-491
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• 2009

In present work, NiO/YSZ anode functional layer was prepared by nano NiO powder and 8YSZ powder. The nano NiO powders were made by Pulsed wire evaporation (PWE) method. Nano NiO- YSZ functional layer was sintered at the temperature of $900-1400^{\circ}C$. The prepared functional layer was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy. The nano NiO- YSZ anode functional layer sintered at $1300^{\circ}C$ shows the lowest polarization resistance. Nano NiO- YSZ anode functional layer shows about two times smaller polarization resistance than the anode functional layer made by commercial NiO-YSZ powders. Based on these experimental results, it is concluded that the nano NiO-YSZ cermet is suitable as a anode functional layer operated at $800^{\circ}C$.

• 소성∙가공
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• 제27권6호
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• pp.370-378
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• 2018

Cold forging, carried out at room temperature, leads to high dimensional accuracy and excellent surface integrity as compared to other forging methods such as warm and hot forgings. In the cold forging process, WC-Co (Tungsten Carbide-Cobalt) alloy is the mainly used material as a core dies because of its superior hardness and strength as compared to other structural materials. For cold forging, die life is the most significant factor because it is directly related to the manufacturing cost due to periodic die replacement in mass production. To investigate die life of WC-Co alloy for cold forging, mechanical properties such as strength and fatigue are essentially necessary. Generally, uniaxial tensile test and fatigue test are the most efficient and simplest testing method. However, uniaxial tension is not efficiently application to WC-Co alloy because of its sensitivity to alignment of the specimen due to its brittleness and difficulty in thread machining. In this study, shape of specimen, tools, and testing methods, which are appropriate for uniaxial tensile test for WC-Co alloy, are proposed. The test results such as Young's modulus, tensile strength and stress-strain curves are compared to those in previous literature to validate the proposed testing methods. Based on the validation of test results it was concluded that the newly developed testing method is applicable to other cemented carbides like Titanium carbides with high strength and brittleness, and also can be utilized to carry out fatigue tests for further investigation on die life of cold forging.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제7권1호
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• pp.161-165
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• 2021

In general, SOFCs mainly use Ni-YSZ cermet, a mixture of Ni and YSZ, as an anode material, which is stable in a high-temperature reducing atmosphere. However, when SOFCs have operated at a high temperature for a long time, the structural change of Ni occurs and it results in the problem of reducing durability and efficiency. Accordingly, a development of a new anode material that can replace existing nickel and exhibits similar performance is in progress. In this study, SrTiO₃, which is a perovskite-based mixed conductor and one of the candidate materials, was used. In order to increase the electrical conduction properties, Y_0.08Sr_0.92Fe_0.3Ti_0.7O₃, doped with 0.08 mol of Y³⁺ in Sr-site and 0.03 mol of transition metal Fe³⁺ in Ti-site, was synthesized and its chemical diffusion coefficient and reaction constant were measured. Its electrical conductivity changes were also observed while changing the oxygen partial pressure at a constant temperature. The performance as a candidate electrode material was verified by predicting the defect area through the electrical conductivity pattern according to the oxygen partial pressure.

• 한국재료학회지
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• 제32권1호
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• pp.44-50
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• 2022

Transition metal carbides (TMCs) are used to process difficult-to-cut materials due to the trend of requiring superior wear and corrosion properties compared to those of cemented carbides used in the cutting industry. In this study, TMC (TiC, TaC, Mo₂C, and NbC)-based cermets were consolidated by spark plasma sintering at 1,300 ℃ (60 ℃min) with a pressure of 60 MPa with Co addition. The sintering behavior of TMCs depended exponentially on the function of the sintering exponent. The Mo₂C-6Co cermet was fully densified, with a relative density of 100.0 %. The Co-binder penetrated the hard phase (carbides) by dissolving and re-precipitating, which completely densified the material. The mechanical properties of the TMCs were determined according to their grain size and elastic modulus: TiC-6Co showed the highest hardness of 1,872.9 MPa, while NbC-6Co showed the highest fracture toughness of 10.6 MPa^*m^1/2. The strengthened grain boundaries due to high interfacial energy could cause a high elastic modules; therefore, TiC-6Co showed a value of 452 ± 12 GPa.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.204-211
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• 2020

경질 크롬 도금은 도금과정에서 유독성 물질인 Cr⁺⁶을 배출시키기 때문에 환경오염과 폐암을 유발하고 있어 최근 고속화염 용사법 (HVOF)을 이용한 코팅 방법이 대체 방법으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 HVOF 방법을 이용하여 경질 크롬 도금 방법을 대체하기 위한 WC-CoCr과 WC-CrC-Ni 서멧 코팅을 제조하였으며, 제조된 코팅층의 물리적/화학적 특성인 미세경도, 기공도, 결정상 및 미세구조를 경도기, 광학현미경, X-선 회절 (XRD), 주사전자현미경(SEM) 및 EDS를 이용하여 분석하였다. 코팅층의 마모 및 마찰 거동 분석을 위해 왕복 슬라이딩 마모 테스트 방법을 이용하여 25 ℃, 250 ℃, 450 ℃의 온도에서 실시하였으며, 두 코팅층의 마모/마찰 특성을 비교 평가하여, 코팅층의 내마모 성능이 미세구조와 금속기지 결합제 간의 연관성이 있음을 확인하였다. 결과적으로 미세구조가 균일하고, 기공도가 낮을수록 내마모성이 향상되고, 금속기지 결합제가 많을수록 우수한 내마모성을 나타내는 것으로 확인되었다. 즉, 균일한 미세구조와 과량의 Co, Cr 금속기지 결합제, 낮은 기공도로 인해 온도와 테스트 온도와 관계없이 WC-CoCr 코팅이 WC-CrC-Ni 코팅에 비해 내마모성이 우수한 것으로 나타났다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권2호
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• pp.276-285
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• 2012

본 연구목적은 열간압연용 런-아웃 테이블 롤러 표면의 기계적 성질을 개선하기 위해 다공질 자용성 합금으로 피복하는 방법을 개발하는 것이다. 열간압연에서 런-아웃 테이블의 롤러 내구성을 높이기 위해서는 고온에서 롤러표면의 경도를 높게 유지해야 하고, 내마모성, 내식성, 내열성, 내소부성 및 내응착성의 향상을 유지하여야 한다. 또한, 고온의 열연 강판을 안정적으로 이송할 수 있도록 하기 위해서는 롤러표면에 적절한 마찰계수를 유지하도록 하여야 하고, 롤러와 강판 사이에 미끄럼 발생이 없어야 한다. 본 연구에서는 자용성 합금에 텅스텐카바이드를 첨가시켜 서메트화하여 롤러의 내마모성을 증대시켰고, 미세 철분말을 롤러표면에 피복하여 다공질을 만들어 마찰계수를 높이고 붙잡음성을 향상시켰다. 그 결과, Ni-Cr 피복 롤러에 비하여 다공질 자용성 합금 피복 롤러는 피복층에 철분이 5 ~ 10 wt%로 많이 함유되어 재용융 공정에서 전기로로 가열하여 일부분만 합금화되고 나머지는 산화 및 용해에 의해 탈락되어 다공질로 나타나 강판과의 붙잡음성을 향상시켰다.

• 에너지공학
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• 제29권2호
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• pp.1-9
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• 2020

최근 탄화수소를 에너지원으로 사용하는 엔진을 대체할 동력원으로 연료 전지가 주목을 받게 되면서 수소 생산 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 수소를 생산하는 다양한 방법 중에 고체 산화물 수전해 시스템(SOEC)은 수소를 생산하기 위한 기초적이고, 친환경적인 방법이다. 고체 산화물 수전해 시스템은 고온, 고압 조건에서 운전이 가능하여 낮은 에너지 수요와 높은 열효율을 지니기 때문에 실험적인 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 실험적인 연구 성과에 비해 수치모델 연구는 비교적 부진하다. 이에 대한 원인으로 기존의 수치모델이 온도와 압력의 변화에 따른 성능 예측의 유효성이 상당히 낮기 때문으로 판단하였다. 이에 본 연구에서는 고체 산화물 수전해 시스템의 셀 성능 예측의 유효성을 높일 수 있는 방안을 제시하기 위해서 Patterened Ni-YSZ cermet electrode(40 wt%, Ni-60 wt% YSZ)/8-YSZ (TOSOH, TZ8Y)/LSM (La_0.9Sr_0.1MnO₃)로 구성된 상용 막-극 접합체의 기존의 연구 데이터를 활용하였다. 온도에 따른 전기화학적 특성의 영향을 수치적으로 분석한 결과, 유효성에 가장 큰 편차를 가져오는 변수들은 charge transfer coefficient(CTC), exchange current density, diffusion coefficient, electrical conductivity인 것으로 나타났다. 온도와 압력에 따른 해당 변수들의 영향 및 경향성을 분석하여 과전압 모델을 제시하였다. 다양한 모델의 적용과 타당성을 확보하기 위해서 교차-검증이 도입되었다. 그 결과, 체계화된 유효성 검증 과정에 기초한 고체 산화물 수전해 시스템의 수치 모델은 뛰어난 성능의 예측 결과를 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.525-530
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• 2019

고체산화물 연료전지의 성능과 안정성은 전극의 기공률, 기공 분포와 전해질의 치밀도, 두께에 따라 결정 된다. 연료극의 기공률과 기공 분포는 활성면적와 연료 흐름에 영향을 주고, 전해질의 치밀한 미세구조와 두께는 단위전지의 Ohmic 저항에 영향을 준다. 하지만 이를 위해 값 비싼 공정 장비를 이용하거나 여러 단계의 제작 공정이 추가 될 경우 단위전지 제작비가 증가하므로 상업화를 목표로 하는 연구에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상용 소재 기반의 NiO-YSZ 연료극을 선정 후 간단한 혼합 방법 및 일축가압 성형법과 담금코팅(dip coating) 공정을 사용하여 저비용 고효율의 세라믹 공정 기반의 고성능 단위전지를 제작하였다. 연료극의 기공률은 기공형성제로서 사용되는 카본 블랙(CB, carbon black)의 첨가량(10~20 wt%)과 최종 소결온도($1350{\sim}1450^{\circ}C$)를 변경하며 제어하였고, YSZ 전해질의 두께와 미세구조는 담금코팅 슬러리의 고상 분말량(YSZ, 1~5 vol%)을 제어하여 치밀한 박막의 전해질을 구현하고자 하였다. 그 결과 Ni-YSZ 연료극에서 최적의 값으로 잘 알려진 40%의 기공률은 카본 블랙을 15 wt% 첨가하고최종소결온도를 $1350^{\circ}C$로설정함으로써얻을수있었다. 담금코팅을통한 YSZ 두께는 $2{\sim}28{\mu}m$까지 제어가 가능하였고, 3 vol%의 고상분말량에서 치밀한 전해질 미세구조가 형성되었다. 최종적으로 40%의 기공률을 갖는 Ni-YSZ 연료극, $20{\mu}m$ 두께의 치밀한 YSZ전해질, LSM-YSZ 공기극으로 구성된 단위전지는 $800^{\circ}C$에서 $1.426Wcm^{-2}$의 우수한 성능을 얻을 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.283-287
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• 2007

한국에너지기술연구원에서는 중온 ($700{\sim}800^{\circ}C$) 작동용 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택을 구성하는 단위 번들을 개발했다. 연료극 지지체 평관형 셀은 Ni/YSZ 서밋 연료극 지지체 튜브, 8몰% $Y_2O_3$ stabilized $ZrO_2$ (YSZ) 전해질, $LaSrMnO_3$ (LSM)과 LSM-YSZ composite 및 $LaSrCoFeO_3(LSCF)$로 구성된 다중층 공기극으로 구성됐다. 제조된 연료극지지체 평관형 셀은 유도 브레이징 법에 의해 페리틱 (ferritic) 금속 캡에 접합됐고, 공기극의 전류집전을 위해 공기극 외부에 Ag 선 및 $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_3(LSCo)$ paste를 이용했으며, 연료극의 전류집전은 Ni felt, wire, 그리고 paste를 이용했다. 단위 번들을 만들기 위한 연료극 지지체 평관형 셀의 반응 면적은 셀 당 $90\;cm^2$ 이었으며, 2개의 셀이 병렬로 연결되어 1개의 단위 번들이 됐고, 총 12개의 단위 번들이 직렬로 연결되어 스택을 구성한다. 공기 및 3%의 가습된 수소를 산화제 및 연료로 사용한 단위 번들의 운전 결과 최대 성능은 $800^{\circ}C$에서 $0.39\;W/cm^2$의 출력이 나타났다. 본 연구를 통해 연료극 지지체 평관형 SOFC 셀의 기본 기술과 KIER 만의 독특한 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택을 구성하는 단위 번들의 개념을 확립할 수 있었다.