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정전슬러리분무증착법을 이용한 고체산화물 연료전지의 전극-전해질 계면의 미세구조 개선

Title
정전슬러리분무증착법을 이용한 고체산화물 연료전지의 전극-전해질 계면의 미세구조 개선
Other Titles
Improvement of electrode-electrolyte interface microstructure in SOFC by electrostatic slurry spray deposition
Author
이지호
Alternative Author(s)
Lee, Ji Ho
Advisor(s)
신동욱
Issue Date
2012-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
오늘날 급격히 진행되고 있는 지구온난화에서 비롯된 전지구적인 기상이변은 인류의 에너지 사용으로 인한 이산화탄소 배출량을 시급히 줄여야 함을 시사하고 있다. 따라서 궁극적으로 이산화탄소 배출량을 0으로 만들 수 있는 수소경제가 대두되고 있고, 그 수소경제 내에서 분산형 발전장치로 널리 쓰이게 될 연료전지, 그 중에서도 다양한 장점을 가지고 있는 고체산화물연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)가 주목을 받고 있다. 기본적으로 연료전지는 수소와 대기 중의 산소의 화학반응을 통해 전기를 발생시키는 장치로 반응생성물이 '물'이며 화학반응으로 발전을 하기 때문에 소음도 없다는 장점이 있는데, 그런 연료전지들 중에서도 고체산화물연료전지는 70-80% 이상의 가장 높은 효율을 낼 수 있으며, 일반 메탄과 같은 일반 탄화수소계 화석연료들도 연료로 사용하여 고효율의 발전이 가능하여 특히 차세대 연료전지로 관심이 높은 상황이다. 하지만 연료전지중에 가장 고온에서 작동하면서 생기는 재료의 열화 등의 문제 때문에, 성능을 보다 높여 상대적으로 낮은 온도에서도 충분한 성능을 발휘할 수 있게 하려는 연구가 지속되어 왔다. 그런 연구 중 고체산화물연료전지 성능에서 중요한 영향을 미친다고 알려져 있는 양극과 전해질 사이의 저항을 줄이기 위한 노력들도 계속되어 왔는데, 그 중 하나가 바로 전해질 표면의 형상을 개질하여 양극과의 접촉면적을 넓히려는 시도였다. 본 연구에서는 아직 학계에 보고되지 않은 정전슬러리분무증착법(ESSD, Electrostatic Slurry Spray Deposition)에서의 Powder ball 생성현상을 이용하여 전해질 표면 형상을 개질하여 양극과 전해질의 접촉면적을 증가시켜 그 효과를 확인하는 연구를 수행하였다. 또한 정전슬러리분무증착법을 치밀한 전해질과 다공성의 양극을 증착하는데에도 사용하였고, 이를 통해 Powder ball로 인해 전해질 표면에 생성된 Embossing 구조를 확인하기 위하여 Half cell과 Single cell을 만들어 성능을 평가하고 분석하였다. 그 결과 Half cell 성능 측정에서는 Embossing 구조가 적용된 경우 그렇지 않은 경우보다 양극저항이 550oC에서 62.3% 감소하는 것을 확인 할 수 있었고, 또한 너무 많은 Embossing 구조는 성능을 오히려 감소시키는 것으로도 확인 되었다. 또한 Single cell에서는 550, 750oC에서 Embossing 구조가 적용되지 않은 경우는 171mW/cm2, 1.06W/cm2 의 전력밀도를 보여주었는데, Embossing 구조가 적용된 경우 232mW/cm2, 1.19W/cm2의 성능을 보여주어, 각 온도에서 35,8%, 12.4%만큼 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 또한 이러한 성능향상은 Half cell과 Single cell 모두에서 온도가 낮을수록 크게 나타났고, 이는 고체산화물연료전지의 작동온도를 낮추려는 최신 연구트렌드에 부합한다고 할 수 있다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/137442http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000419333
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > FUEL CELLS AND HYDROGEN TECHNOLOGY(수소·연료전지공학과) > Theses (Master)
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