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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 황해진
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2013
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다공성 세라믹 지지체 위에 다전지식 셀-스택을 제작을 하기위하여 연료극은 전기전도성이 우수한 소재로 폭은 넓게 두께는 얇게, 전해질은 이온전도성이 우수한 소재로 치밀하게, 공기극은 전기전도도성과 이온전도성이 우수한 소재로 폭은 좁고 두께는 두껍게, 연결재는 전기전도도성이 우수한 소재로 폭은 좁고 두께를 얇게 설계하였다.
위와 같이 설계한 다전지식 고체산화물 연료전지 셀, 스택은 원하는 폭과 두께를 갖게끔 제작코자 전사지를 이용하여 solid layer로 적층할 수 있는 새로운 적층방법을 고안하여 사용하였다. 새로 고안된 전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 셀 구성소재를 앞면, 뒷면 및 옆면을 포함하는 전체면적에 여러 개 적층하여 동시에 제작 한 후 셀과 셀 사이를 연결재로 연결하여 SIS-SOFC 셀 스택을 제작하였다.
구성소재를 전사지로 제작할 경우 균일한 두께는 인쇄 횟수로 제어가 가능하였고, 구성소재 입자크기가 작고, 전사 oil양이 작을수록 치밀한 구조를 얻을 수 있었다.
다공성 세라믹 지지체 위에 연료극과 전해질 전사지 이용 셀을 제작한 경우 지지체의 다 기공 속으로 Ni-YSZ 연료극의 침투 없이 수십 ㎛ 두께의 다기공형의 연료극이 형성되었고, 다공성 연료극 층 위에 전해질 층이 치밀하게 형성되었다. 또한 지지층-연료극 층 및 전해질 층간의 계면간 접착도 우수하였다.
다공성 세라믹 지지체 전체면적에 셀-스택을 형성한 결과 기존 한 면에 적층할 때 보다 출력은 균일한 전류이동으로 셀-스택의 저항과 polarization resistance가 감소하여 3.3배(유효면적 2.6배)로 높게 나타났다.
전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 전해질 전사지를 적층 시 적층횟수가 증가함에 따라 전면에 치밀한 구조를 형성하여 셀-스택의 개방회로전압이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 전해질 두께가 증가함에 따라 grain size는 감소하는 경향을 나타내며 폐기공이 증가하는 경향이 나타났다.
연료극과 공기극 폭을 감소시켰을 때 전류이동경로 감소로 인해 lateral resistance가 감소하여 출력밀도는 증가하는 경향을 나타내었고, 평균 ASR은 폭이 감소함에 따라 감소하였다. 또한 전사법 이용 다공성 세라믹 지지체 위에 연료극을 수십 ㎛로 얇게 적층한 결과 산화, 환원분위기에서 Ni입자 소결에 의한 성능감소가 거의 일어나지 않았다.
셀 폭에 따른 출력은 셀의 폭을 5mm에서 7mm까지 증가 할 때는 출력은 증가하다가 8mm가 되면 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 유효면적 증가에 의해 출력이 증가하다가 셀 폭이 일정길이 이상 길어지면 lateral resistance가 더 큰 영향을 주기 때문이다.
셀 간격이 감소함에 따라 전류 분포가 집중되어 shunting current는 증가하였다. 하지만 전체면적 적층 시 셀 간격이 2mm일 때 전류손실은 가장 낮은 값을 나타내었고, 저항은 최소화 되어 가장 높은 출력 값을 나타내었다.
위와 같이 설계한 다전지식 고체산화물 연료전지 셀, 스택은 원하는 폭과 두께를 갖게끔 제작코자 전사지를 이용하여 solid layer로 적층할 수 있는 새로운 적층방법을 고안하여 사용하였다. 새로 고안된 전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 셀 구성소재를 앞면, 뒷면 및 옆면을 포함하는 전체면적에 여러 개 적층하여 동시에 제작 한 후 셀과 셀 사이를 연결재로 연결하여 SIS-SOFC 셀 스택을 제작하였다.
구성소재를 전사지로 제작할 경우 균일한 두께는 인쇄 횟수로 제어가 가능하였고, 구성소재 입자크기가 작고, 전사 oil양이 작을수록 치밀한 구조를 얻을 수 있었다.
다공성 세라믹 지지체 위에 연료극과 전해질 전사지 이용 셀을 제작한 경우 지지체의 다 기공 속으로 Ni-YSZ 연료극의 침투 없이 수십 ㎛ 두께의 다기공형의 연료극이 형성되었고, 다공성 연료극 층 위에 전해질 층이 치밀하게 형성되었다. 또한 지지층-연료극 층 및 전해질 층간의 계면간 접착도 우수하였다.
다공성 세라믹 지지체 전체면적에 셀-스택을 형성한 결과 기존 한 면에 적층할 때 보다 출력은 균일한 전류이동으로 셀-스택의 저항과 polarization resistance가 감소하여 3.3배(유효면적 2.6배)로 높게 나타났다.
전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 전해질 전사지를 적층 시 적층횟수가 증가함에 따라 전면에 치밀한 구조를 형성하여 셀-스택의 개방회로전압이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 전해질 두께가 증가함에 따라 grain size는 감소하는 경향을 나타내며 폐기공이 증가하는 경향이 나타났다.
연료극과 공기극 폭을 감소시켰을 때 전류이동경로 감소로 인해 lateral resistance가 감소하여 출력밀도는 증가하는 경향을 나타내었고, 평균 ASR은 폭이 감소함에 따라 감소하였다. 또한 전사법 이용 다공성 세라믹 지지체 위에 연료극을 수십 ㎛로 얇게 적층한 결과 산화, 환원분위기에서 Ni입자 소결에 의한 성능감소가 거의 일어나지 않았다.
셀 폭에 따른 출력은 셀의 폭을 5mm에서 7mm까지 증가 할 때는 출력은 증가하다가 8mm가 되면 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 유효면적 증가에 의해 출력이 증가하다가 셀 폭이 일정길이 이상 길어지면 lateral resistance가 더 큰 영향을 주기 때문이다.
셀 간격이 감소함에 따라 전류 분포가 집중되어 shunting current는 증가하였다. 하지만 전체면적 적층 시 셀 간격이 2mm일 때 전류손실은 가장 낮은 값을 나타내었고, 저항은 최소화 되어 가장 높은 출력 값을 나타내었다.
목차
List of Figures ⅠList of Tables Ⅶ국문요약 ⅧAbstract Ⅹ제 1장 서론 1제 2장 이론적 배경 5제 2.1.절 연료전지 종류 및 특성 5제 2.2.절 고체산화물 연료전지의 종류 및 특성 82.2.1. 형상에 따른 SOFC 분류 및 장·단점 82.2.2. 다전지식 SOFC (SIS-SOFC) 종류 및 장·단점 11제 2.3.절 셀, 스택용 구성소재의 요구조건 142.3.1. 지지체 소재 종류에 따른 장·단점 및 요구특성 142.3.2. 연료극 소재 종류 및 요구특성 152.3.3. 전해질 요구특성 172.3.4. 공기극 소재 종류 및 요구특성 182.3.5. 밀봉재 소재 종류에 따른 장·단점 및 요구특성 192.3.6. 연결재 소재 종류에 따른 장·단점 및 요구특성 20제 2.4.절 전사법 212.4.1. 전사법의 정의 212.4.2. 전사법의 종류 및 응용 212.4.3. 전사지 구성요소 222.4.4. 전사법을 적용한 SOFC 23제 2.5.절 고체산화물 연료전지 전기화학적 고찰 252.5.1. 가역전압 252.5.2. 연료전지 I-V 곡선과 손실 27제 3장. 다전지식 고체산화물 연료전지 설계 33제 3.1.절 적층구조에 따른 설계 35제 3.2.절 구성소재층 폭과 두께에 따른 설계 38제 3.3.절 셀 간 간격에 따른 설계 42제 4장 실험방법 45제 4.1.절. 전사법을 이용한 다전지식 셀-스택 제작 454.1.1. 지지체 제작 및 평가 454.1.2. 압출 치구 및 출력 측정 치구 제작 464.1.3. 전사지 제작 및 평가 504.1.4. 다전지 셀-스택 설계 및 제작 54제 4.2.절. 다전지식 고체산화물 연료전지 셀, 스택 평가 594.2.1. 셀, 스택 결정학, 열적 및 미세구조적 평가 594.2.2. 전기화학적 평가 59제 5장 실험결과 및 고찰 61제 5.1.절. 다공성 세라믹 지지체 61제 5.2.절. 전사지 제조 및 특성 675.2.1. 전사 횟수 및 유제막에 의한 두께 제어 675.2.2. 입자크기 제어를 통한 전해질 두께 제어 725.2.3. 전사 oil양에 의한 구성소재 충진량 제어 78제 5.3.절. 전사지 사용 적층 및 그 특성 84제 5.4.절. 적층 유효 면적에 따른 영향 88제 5.5.절. 구성소재 폭에 따른 영향 96제 5.6.절. 셀 간격에 따른 영향 108제 5.7.절. 셀 개수에 따른 영향 127제 6장 결론 134참고문헌 137
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