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Co-sputtering of Ni-GDC Anode for Thin-film SOFCs Operating on Nearly Dry Methane at Low Temperature
I. W. Choi(최인원),G. Y. Cho(조구영),S. B. Ryu(류상봉),S. W. Cha(차석원) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
Direct-methane solid oxide fuel cells (DMSOFCs) have attracted much attention owing to the simplified system, reduced cost, and direct availability of methane fuel obtained from natural gas. Among oxygen-ion conductive materials, doped-ceria such as gadolinium-doped ceria (GDC) or samarium-doped ceria can be incorporated into Ni-based anodes to reinforce the coking resistance, enlarge the electrochemical reaction area, and improve the kinetics of internal reforming/electrochemical oxidation of methane. In order to lower the operating temperature range while maintaining performance of DMSOFCs, a thin-film deposition technique was adopted in this work. Anodized aluminum oxide (AAO)-supported thin-film cells with Ni-GDC anode/Yttria-stabilized zirconia electrolyte/Pt cathode structure were fabricated by magnetron-sputtering. Ni-GDC volume fraction was controlled by co-sputtering power of Ni-GDC deposition. These cells with different GDC volume fraction were tested under an operation condition of methane fuel with low S/C ratio (3% H₂O) and low temperature (500℃). Effects of GDC volume fraction on open circuit voltage (OCV) and electrochemical performance were demonstrated. As GDC volume fraction increases, OCV over 1.0 V is successfully achieved and the performance was improved up to an optimal composition. Long-term stability and resistance to carbon coking was evaluated by FE-SEM and XPS techniques.
강상구 ( S. G. Kang ),박인철 ( I. C. Park ),김길호 ( G. H. Kim ),홍지웅 ( J. W. Hong ),차두환 ( D. H. Cha ),이다희 ( D. H. Lee ),김영천 ( Y. C. Kim ),신준환 ( J. H. Shin ),곽다현 ( D. H. Kwak ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
수중 플라즈마 방전 방식 농업용 보일러 개발은 기존 하우스 농가의 시설하우스 단위면적별, 재배작물별 필요 열량에 최적으로 다처하기 위해 보일러 가열부를 유닛으로 만들어 조합함으로써 작물재배시 과도한 소비전력 사용 방지와 적정 생육환경을 조성하여 생산비 절감 및 생산성 향상을 목적으로 개발하였다. 본 연구에서 개발한 플라즈마 보일러 유닛은 전극코어와 하우징으로 구성되고, 재질은 PPS(폴리페닐린 설파이드)로서 전극코어 및 하우징의 표면을 개질 후 Cu→Ni→Pd→Pt 순으로 다중 도금하였다. 전극코어와 하우징 간 AC220V 인가 시 운전전류 3A가 일정하게 흐르면서 총 전력량 660W급으로 설계 제작하여 기초평가 한 결과, 초기에는 플라즈마 방전상태가 양호한 것으로 나타났다. 그러나 장시간 운전시 서서히 운전전류가 감소하여, 90일차 운전전류는 2.3A로 하락하였고, 운전 종료 후 분해한 결과 전극표면과 하우징 내측의 도금층이 박리된 상태로 변하였다. 이것은 PPS 재질이 플라즈마 방전에 의한 표면 온도 상승을 견디지 못하고 열부식이 발생되어 다중 도금층이 파괴된 원인으로 판단되며, PPS 다중도금 전극은 적용이 불가능 한 것으로 판정되었다. 따라서 보일러 유닛의 전극코어와 하우징 재질을 그레이드 2의 타이타늄(Ti)을 베이스 재질로 제작한 후 표면에 백금족 원소인 이리듐(Ir)을 5 ㎛의 두께로 도금하여 플라즈마 방전시 표면온도 상승으로 인하여 발생하는 박리현상을 제거하였고, 3상 AC380V 인가시 운전전류는 17.2~18.3 A, 총 전력량 10,176~10,827 W 급으로 플라즈마 방전상태가 양호한 것으로 나타났다. 또한 운전시 하우징에 N상을 인가하지 않은 경우 누설전류는 약 58V로 나타났고, N 상을 인가할 경우 0.0~1.8V의 전기가 누설되는 것으로 나타나 N 상 하우징이 플라즈마 방전의 왜곡을 방지함으로써 에너지 변환율을 높이는 것으로 판단된다.