The purpose of this study is to investigate the properties of LSGM electrolyte and LSM cathode. The unit cell based on the optimum conditions and processing for high performance was fabricated and measured. The single phase of $LaGaO_3$ was obtained on sintering at $1500^{\circ}$ for 6h with composition of $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}와 (La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ and $(La_{0.85}Sr_{0.15})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$. The grain size of the sintered body was about $10∼30{\mu}m$ and electrical conductivity was 0.13 S/cm measured at $800^{\circ}$. The single phase of $LaMnO_3$ structure in $(La1-xSrx)MnO_3$ system was obtained at x=0∼0.2 and the particle size of the synthesized powder was about 40 nm. The unit cell was prepared by firing at $1200^{\circ}$ for 1h with $(La_{0.9}Sr_{0.1})MnO_3$ cathode and 0.9NiO-0.1YSZ anode screen-printed on surfaces of $(La_{0.8}Sr_{0.2})(Ga_{0.8}Mg_{0.2})O_{3-\delta}$ electrolyte. The grain size of the electrode was close to $1{\mu}m$ and the electrode had porous structure. The maximum power density of unit cell showed $0.3W/cm^2$ at $800^{\circ}$.
Kim, Hyoungchul;Koo, Myeong-Seo;Park, Jong-Ku;Jung, Hwa-Young;Kim, Joosun;Lee, Hae-Weon;Lee, Jong-Ho
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.43
no.2
s.285
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pp.85-91
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2006
Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) was applied to fabricate a thin film YSZ electrolyte with large area on the porous NiO-YSZ anode substrate. Microstructural and thermal stability of the as-deposited electrolyte film was investigated via SEM and XRD analysis. In order to obtain an optimized YSZ film with high stability, both temperature and surface roughness of substrate were varied. A structurally homogeneous YSZ film with large area of $12\times12\;cm^2$ and high thermal stability up to $900^{\circ}C$ was fabricated at the substrate temperature of $T_s/T_m$ higher than 0.4. The smoother surface was proved to give the better film quality. Precise control of heating and cooling rate of the anode substrate was necessary to obtain a very dense YSZ electrolyte with high thermal stability, which affords to survive after post heat treatment for fabrication a cathode layer on it as well as after long time operation of solid oxide fuel cell at high temperature.
Seo, Dongho;Jang, Seongcheol;Yoon, Sungpil;Nam, Suk Woo;Oh, In-Hwan;Lim, Tae-Hoon;Hong, Seong-Ahn;Han, Jonghee
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.134-134
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2010
Fuel cell is a device that directly converts chemical energy in the form of a fuel into electrical energy by way of an electrochemical reaction. In the anode for a high temperature fuel cell, nickel or nickel alloy has been used in consideration of the cost, oxidation catalystic ability of hydrogen which is used as fuel, electron conductivity, and high temperature stability in reducing atmosphere. Most MCFC stacks currently operate at an average temperature of $650^{\circ}C$. There is some gains with decreased temperature in MCFC to diminish the electrolyte loss from evaporation and the material corrosion, which could improve the MCFC life. However, operating temperature has a strong related on a number of electrode reaction rates and ohmic losses. Baker et al. reported the effect of temperature (575 to $650^{\circ}C$). The rates of cell voltage loss were 1.4mV/$^{\circ}C$ for a reduction in temperature from 650 to $600^{\circ}C$, and 2.16mV/$^{\circ}C$ for a decrease from 600 to $575^{\circ}C$. The two major contributors responsible for the change in cell voltage with reducing operation temperature are the ohmic polarization and electrode polarization. It appears that in the temperature range of 550 to $650^{\circ}C$, about 1/3 of the total change in cell voltage with decreasing temperature is due to an increase in ohmic polarization, and the electrode polarization at the anode and cathode. In addition, the oxidation reaction of hydrogen on an ordinary nickel alloy anode in MCFC is generally considered to take place in the three phase zone, but anyway the area contributing to this reaction is limited. Therefore, in order to maintain a high performance of the fuel cell, it is necessary to keep this reaction responsible area as wide as possible, that is, it is needed to keep the porosity and specific surface area of the anode at a high level. In this study effective anodes are prepared for low temperature MCFC capable of enhancing the cell performance by using zirconium hydride at least in part of anode material.
Prototype of $800{\ell}$ vacuum web coater (Vic Mama) consisting of ion source with low energy less than 250 eV for high speed surface modification and 4 magnetron sputter cathodes was designed and constructed. Its performance was evaluated through fabricating the adhesiveless flexible copper clad laminate (FCCL). Pumping speed was monitored in both upper noncoating zone pumped down by 2 turbo pumps with 2000 l/sec pumping speed and lower surface modification and sputter zone vacuumed by turbo pumps with 450 1/sec and 1300 1/sec pumping speed respectively. Ion current density, plasma density, and uniformity of ion beam current were measured using Faraday cup and the distribution of magnetic field and erosion efficiency of sputter target were also investigated. With the irradiation of ion beams on polyimide (Kapton-E, $38{\mu}m$) at different fluences, the change of wetting angle of the deionized water to polyimide surface and those of surface chemical bonding were analyzed by wetting anglometer and x-ray photoelectron spectroscopy. After investigating the deposition rate of Ni-Cr tie layer and Cu layer was investigated with the variations of roll speed and input power to sputter cathode. FCCL fabricated by sputter and electrodeposition method and characterized in terms of the peel strength, thermal and chemical stability.
An, Hyegsoon;Shin, Dongwook;Choi, Sung Min;Lee, Jong-Ho;Son, Ji-Won;Kim, Byung-Kook;Je, Hae June;Lee, Hae-Weon;Yoon, Kyung Joong
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.51
no.4
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pp.271-277
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2014
To overcome the limitations of the solid oxide fuel cells (SOFCs) due to the high temperature operation, there has been increasing interest in proton conducting fuel cells (PCFCs) for reduction of the operating temperature to the intermediate temperature range. In present work, the perovskite $BaCe_{0.85-x}Zr_xY_{0.15}O_{3-\delta}$ (BCZY, x = 0.1, 0.3, 0.5, and 0.7) were synthesized via solid state reaction (SSR) and adopted as an electrolyte materials for PCFCs. Powder characteristics were examined using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA) and Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface area analysis. Single phase BCZY were obtained in all compositions, and chemical stability was improved with increasing Zr content. Anode-supported cell with $Ni-BaCe_{0.55}Z_{0.3}Y_{0.15}O_{3-\delta}$ (BCZY3) anode, BCZY3 electrolyte and BCZY3-$Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-\delta}$ (BSCF) composite cathode was fabricated and electrochemically characterized. Open-circuit voltage (OCV) was 1.05 V, and peak power density of 370 ($mW/cm^2$) was achieved at $650^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.259-259
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2007
층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.
Kim, Hyoung-Chul;Park, Jong-Ku;Jung, Hwa-Young;Son, Ji-Won;Kim, Joo-Sun;Lee, Hae-Weon;Lee, Jong-Ho
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.43
no.5
s.288
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pp.299-303
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2006
In this paper, anode supported SOFC with columnar structured YSZ electrolyte was fabricated via Electron Beam Physical Vapor Deposition (EBPVD) method. Liquid condensation process was employed for the preparation of NiO-YSZ substrate and the high power electron beam deposition method was used for the deposition of YSZ electrolyte film. Double layered cathode with LSM-YSZ and LSM was printed on electrolyte via screen-printing method and fired at $1150^{\circ}C$ in air atmosphere for 3 h. The electrochemical performance and the long-term stability of $5{\times}5cm^2$ single cell were investigated with DC current-voltage characteristics and AC-impedance spectroscopy. According to the investigation, $5{\times}5cm^2$ sized unit cell showed the maximum power density of around $0.76W/cm^2$ at $800^{\circ}C$ and maintained the stable performance over 400 h.
Silica- or titania-filled poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)-based polymer electrolytes were prepared by phase inversion technique using N-methyl-2-pyrrolidone and dimethyl acetamide as solvent and water as non-solvent. The polymer electrolytes were adopted to the lithium metal polymer battery using high-capacity cathode $Li[Ni_{0.15}Co_{0.10}Li_{0.20}Mn_{0.55}]O_2$ and lithium metal anode. After the repeated charge-discharge test for the cell, it was proved that the cell adopting the polymer electrolyte based on the phase-inversion membrane containing 40~50 wt% silica showed the highest discharge capacity (180 mAh/g) until 80th cycle and then abrupt capacity fade was just followed. The capacity fade might be due to the deposition of lithium dendrite on the polymer electrolyte, in which the capacity retention was no longer sustainable.
A valuable metal recovery from waste resources such as spent rechargeable secondary batteries is of critical issues because of a sharp increase in the amount of waste resources. In this context, it is necessary to research not only recycling waste lithium-ion batteries (LIBs), but also reusing valuable metals (e.g., Li, Co, Ni, Mn etc.) recovered from waste LIBs. In particular, the lithium hydroxide ($LiOH{\cdot}xH_2O$), which is of precursors that can be prepared by the recovery of Li in waste LIBs, can be reused as a catalyst, a carbon dioxide absorbent, and again as a precursor for cathode materials of LIB. However, most studies of recycling the waste LIBs have been focused on the preparation of lithium carbonate with a recovery of Li. Herein, we show the preparation of high purity lithium hydroxide powder along with the precipitation process, and the systematic study to find an optimum condition is also carried out. The lithium carbonate, which is recovered from waste LIBs, was used as starting materials for synthesis of lithium hydroxide. The optimum precipitation conditions for the preparation of LiOH were found as follows: based on stirring, reaction temperature $90^{\circ}C$, reaction time 3 hr, precursor ratio 1:1. To synthesize uniform and high purity lithium hydroxide, 2-step precipitation process was additionally performed, and consequently, high purity $LiOH{\cdot}xH_2O$ powder was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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