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SUMMARY

목차

단위과제 I. 고체산화물연료전지(SOFC) 요소 및 스택 모듈 기술 개발 / 신동열 ; 정두환 ; 이봉도 ; 송락현 ; 백동현 ; 이병록 ; 임탁형 ; 이승복 ; 김상경 ; 임성엽 33

제1장 서론 35

제1절 연구 배경 및 목적 35

제2절 연구 개발 필요성 및 목표/연구내용 37

제2장 고체산화물연료전지(SOFC) 요소기술 개발 현황 39

제1절 SOFC 산업의 특성 39

1. 에너지 시장의 환경 변화와 전망 39

2. 분산발전기술의 범위, 정의 및 현황 41

가. 분산발전기술의 범위 및 정의 41

나. 분산발전기술 현황 42

3. 분산발전기술의 특징 및 전망 44

4. 산업화 유망 기술로써의 SOFC 기술 48

제2절 SOFC 산업의 현황 52

1. 선진국의 산업 현황 53

2. 국내 산업의 현황 54

3. SOFC의 전망 55

제3절 SOFC 구성요소인 연료극 연구 개발 현황 58

1. 연료극 부품소재의 정의 및 특성 58

2. 연료극 부품소재별 기술 개발 현황 60

3. 연료극 소재 국내외 기술 개발 현황 65

제4절 SOFC 구성요소인 세라믹 연결재 연구 개발 현황 77

1. 세라믹 연결재의 정의 및 특성 77

2. 국내외 산업 현황 분석 86

3. 국내외 기술 개발 현황 87

4. 산업화 발전 전략 92

5. 산업화 전략(기술적, 경제적) 96

6. 요약 97

제3장 2kW급 평관형(flat tube) 고체산화물연료전지 개발 98

제1절 2kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 98

1. 평관형 연료극 지지체식 고체산화물 연료전지 단전지 제조 및 특성 평가 100

2. 연료극 지지체의 건조, 가소결 및 기능성막 코팅 103

3. 전해질 코팅 및 코팅 특성 분석 107

4. 공기극 코팅 및 단전지의 환원 112

5. 단전지의 성능 테스트 116

제2절 공기극인 LSM을 LSCF로 변경하기 위한 CGO 코팅 연구 122

1. 서론 122

2. 고체산화물 연료전지 LSCF 공기극 단전지의 제조 122

가. 연료극 지지체의 제조 122

나. 전해질 코팅 실험 및 unit cell의 제조 123

다. fine structure의 관찰 126

라. unit cell의 성능 평가 126

3. 전해질 및 unit cell 성능 평가 127

가. 전해질의 fine structure 평가 127

나. unit cell의 성능 평가 128

제3절 SOFC 전사모사 연구 개발 136

1. SOFC 전산모사 연구 개발 소개 136

2. 고체 산화물 연료전지(SOFC) 재료 137

3. 고체산화물 연료전지(SOFC) 형상 138

4. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 연료 자유도(fuel flexibility) 140

5. 고체산화물 연료전지(SOFC) 모델 141

가. 전기화학 반응 모델 141

나. 공기 및 연료 통로(channel)에서의 이동(transport) 144

다. 다공성 전극에서의 유체 흐름 145

라. 고체 전해질에서의 이동 146

마. 분리판(interconnect)에서의 전달(transport) 147

6. 대표적인 수치해석 기술(numerical technique) 148

7. 모델링에 대한 문헌 149

8. 결론 150

제4절 GNP법을 이용한 고체산화물 연료전지의 공기극용 La0.75Sr0.25FeO₃(이미지참조)의 제조 및 특성 151

1. 초록 151

2. 서론 151

3. 실험방법 152

4. 결과 및 고찰 153

5. 결론 156

6. 참고문헌 156

제5절 2kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 166

1. 압출된 평관형(flat tubular) SOFC 셀의 functional layer 및 공기극 dip coating 용량 증가를 위한 공정 확립 166

2. 대형 단전지 제조 기술 개발 166

3. 평관형 SOFC 스택 전류 집전 공정 개선 167

4. 공기 및 연료가스 매니폴드 compact 화 169

5. 평관형 세라믹 SOFC 셀 및 금속캡 접합 170

6. 2kW급 평관형 SOFC 스택의 설계 및 제작 173

제6절 튜브형 SOFC 셀 가압 핵심원천기술 개발 176

1. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 property 특성 분석 및 임계값 선정 176

2. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 운전 시스템의 설계 및 운전특성 파악 178

제7절 GNP법으로 합성한 중·저온고체산화물 연료전지의 전해질 LSGM8080과 14ESB(Bi0.86Er0.14O1.5(이미지참조))를 이용한 단위전지 실험 181

1. 초록 181

2. 서론 182

3. 실험방법 183

4. 결과 및 고찰 185

5. 결론 186

6. 참고문헌 187

제4장 결론 191

참고문헌 193

단위과제 II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 / 동상근 ; 이대근 ; 양제복 ; 윤병택 ; 유기수 ; 서영민 ; 송승범 195

제1장 서론 197

제1절 개요 197

제2장 소형 SOFC 발전 시스템 설계/제작 204

제1절 SOFC 발전 시스템 시스템 개요 204

제2절 SOFC 발전 시스템 시스템 설계 해석 210

제3절 Component 설계/제작 238

제3장 실험 및 분석 254

제1절 ATR 개질기 실험 254

제2절 개질기 및 열교환기, 후연소버너, dummy stack 종합실험 263

제4장 2kW SOFC BOP 시스템 설계/해석 267

제1절 2kW 시스템 설계/해석 267

제2절 2kW SOFC BOP simulator 제작 271

제5장 결론 273

참고문헌 274

단위과제 III. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 / 송유진 ; 한수빈 ; 박석인 ; 정봉만 ; 정학근 ; 유승원 ; 김규덕 275

제1장 서론 277

제1절 연구 배경 277

제2장 전력변환장치 및 전력제어기법 280

제1절 SOFC용 전력변환장치 개발 280

제2절 연료전지 시스템의 전력제어기법 289

1. 전력제어 전략 290

2. 연료전지용 DC-DC컨버터를 위한 디지털 제어기법 292

제3장 결론 및 향후 계획 296

참고문헌 297

단위과제 IV. NT를 이용한 전극 소재 개발 / 우상국 ; 유지행 ; 홍기석 ; 한인섭 ; 서두원 301

제1장 서론 303

제2장 실험 방법 305

제1절 지지체 및 전해질 막 제조 305

1. NiO-YSZ 음극기판 제조 305

2. spin coating을 이용한 전해질 막 제조 305

3. SOFC 단전지 제조 307

제2절 특성 평가 방법 308

1. 강도 308

2. 열안정성 309

3. 전기전도도 309

4. 기체투과도 309

5. SOFC 단전지 제조 및 평가 310

제3장 실험 결과 및 고찰 311

제1절 가소결 온도의 영향 311

1. 가소결 온도에 따른 음극지지체의 변화 311

2. 가소결 온도에 따른 전해질층의 변화 317

제2절 열처리 온도의 영향 329

제4장 결론 335

참고문헌 336

서지정보양식 337

BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 338

I. 고체산화물 연료전지(SOFC) 요소 및 스택 모듈 기술 개발 31

[표. 1.] 분산발전별 성능비교 43

[표. 2.] SOFC용 분리판 재료와 제조공정 79

[표. 3.] 대표적인 예로 LaCrO₃계 재료의 전기전도도와 열팽창계수 80

[표. 4.] 대표적인 LaCrO₃계 재료의 일반적인 특징 비교 81

[표. 5.] 연료전지용 2003 모델과 1999 모델의 각 부품의 재료비 비교 85

[표. 6.] SOFC 디자인 형태와 대표적인 기관 90

[표. 7.] SOFC용 분리판 개발 단계별 내용(예) 91

[표. 8.] 분리판 기술 개발에 따른 분야, 기술 유형 및 핵심기술 92

[표. 9.] 분리판 기술 개발에 따른 기술의 적용 가능분야 93

[표. 10.] SOFC용 분리판 기술 분류별 선진국과의 기술격차 94

[표. 11.] SOFC용 분리판 기술 개발 시 제품개발 가능성과 시장점유 가능성 95

[표. 12.] 각각의 연료전지 요소에 대한 일반적인 지배 방정식 [1,4~10] 148

[표. 13.] Glycine amount of LSF 158

[표. 14.] ICP elemental composition analysis of LSF 158

[표. 15.] 제작하고자 하는 SOFC셀의 상세 사양 170

[표. 16.] 스택 적층에 사용되는 SOFC flat tubular 셀의 가스 투과도 측정 결과 174

II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 31

〈표 1-1〉 년차별 연구내용 202

〈표 2-1〉 연구 roadmap 206

〈표 2-2〉 개질기 simulation 결과 231

〈표 2-3〉 스텍 simulation 결과 232

〈표 2-4〉 HX & CB에서 simulation 결과, air 및 가스 조성 234

〈표 2-5〉 스텍 power 236

〈표 2-6〉 스텍 효율 236

〈표 2-7〉 평형 식 249

〈표 2-8〉 dummy system 해석 결과 252

〈표 2-9〉 dummy system 해석 결과 253

〈표 3-1〉 개질기 및 열교환기, 후연소버너, dummy stack 종합 실험 결과 263

〈표 3-2〉 개질효율 264

〈표 3-3〉 전체 시스템 효율 265

〈표 4-1〉 시스템(스템) 해석 결과 269

〈표 4-2〉 시스템 해석 결과 269

〈표 4-3〉 시스템 해석 결과 270

III. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 32

〈표 2-1〉 개발사양 284

1. 고체산화물 연료전지(SOFC) 요소 기술 개발 22

[그림. 1.] 총 에너지 및 electrical energy의 증가율 40

[그림. 2.] 지역별 순 electrical energy 소모량 40

[그림. 3.] 사회의 변화와 전력품질의 추이 41

[그림. 4.] 분산발전의 범위 및 정의 42

[그림. 5.] 분산발전기술을 이용한 발전단가 비교(미국) 43

[그림. 6.] 발전방식별 전력소매단가 비교 45

[그림. 7.] 발전방식별 설비비 비교 45

[그림. 8.] 발전방식별 CO₂ 발생량 비교 46

[그림. 9.] 발전방식별 화석연료사용량 비교 46

[그림. 10.] 분산발전 보급전망(ABI, 2003) 46

[그림. 11.] 분산발전 보급 전망(WADE, 2003) 47

[그림. 12.] 수요처별 분산발전 도입 전망(DGNET, 2005) 48

[그림. 13.] 발전기술별 전력생산량 전망(IEA) 49

[그림. 14.] 전문가 설문조사 결과(RISO, 2002) 49

[그림. 15.] 연료전지 종류 및 용도별 적합성 비교 50

[그림. 16.] 연료전지 열병합 발전의 발전단가 비교 51

[그림. 17.] 연료극 미세조직과 연료의 전기화학적 반응에 따른 전자와 이온의 이동경로 58

[그림. 18.] Ni 함량에 따른 전기전도도의 변화 59

[그림. 19.] 셀의 단면 조직 66

[그림. 20.] spray pyrolysis 공정 장치 개략도와 파우더 합성 과정 67

[그림. 21.] 연료극 표면에 증착된 carbon SEM 미세조직 사진 68

[그림. 22.] NiO-YSZ 복합 파우더의 저배율(a) 및 고배율(b) SEM 사진 69

[그림. 23.] 가스 개략도 70

[그림. 24.] 파우더 합성 공정 개략도 71

[그림. 25.] 공정 조직과 환원 후의 조직을 나타내는 SEM 사진 72

[그림. 26.] 이미지 분석 공정도 75

[그림. 27.] 최종적으로 제조된 가스와 그 fine structrue 75

[그림. 28.] SOFC의 기본 구성요소인 unit cell(전해질과 전극)와 분리판 78

[그림. 29.] 산소 분압에 따른 LaCrO₃계 분리판 재료의 체적변화(1273K) 82

[그림. 30.] 산소 분압에 따른 Cr₂O₃의 부족 조성인 La0.85Ca0.15CrO₃(이미지참조)의 평형 증기압(1873K) 84

[그림. 31.] 연료전지용 2003 모델을 사용한 각 부품의 재료비 비교 85

[그림. 32.] SOFC용 부품의 재료비 비교(＄/㎡) 86

[그림. 33.] TOTO사의 셀 성능 향상 89

[그림. 34.] 스택 제조를 위한 연료극 지지체식 평관형(Flat Tubular) 고체산화물 연료전지 99

[그림. 35.] 연료극 지지체식 평관형(Flat Tubular)고체산화물 연료전지 제조공정도 99

[그림. 36.] 압출용 페이스트 제조를 위한 혼련. 101

[그림. 37.] 연료극 지지체관 제조용 압출기에 사용되는 압출 몰더 101

[그림. 38.] 평관형 연료극 지지체관 제조용 압출 성형틀 102

[그림. 39.] 연료극 지지체 휨 현상 방지를 위한 건조 공정 104

[그림. 40.] 연료극 지지체의 가소결 전(a)과 후(b) 105

[그림. 41.] 가소결 후 휨 현상이 나타난 연료극 지지체(a), 개선된 건조 후 가소결된 연료극 지지체(b) 106

[그림. 42.] 전해질 slurry 제조 공정 109

[그림. 43.] 2kW급 연료극 지지체 평관형 SOFC stack 모듈에 사용될 셀의 전해질 코팅 후 소결 형상 110

[그림. 44.] 진공 slurry 전해질 코팅에 사용되는 진공 펌프 110

[그림. 45.] 전해질 코팅층과 functional layer 및 연료극 지지체의 단면 사진 111

[그림. 46.] 공기극 코팅 후(a)과 소결 후(b)의 단전지 113

[그림. 47.] 환원 공정에 사용된 환원 furnace(a)와 환원 전후 단전지(b) 114

[그림. 48.] 환원로에 환원된 평관형 단전지 115

[그림. 49.] unit cell 제조를 위한 spot-welding 공정 117

[그림. 50.] flat tubular SOFC 연료극 집전에 사용되는 Ni felt 및 wire 형상 118

[그림. 51.] flat tubular unit cell 브레이징에 사용되는 유도 가열 코일 119

[그림. 52.] flat tubular unit cell 브레이징 공정을 최적화 한 단위 환원로 형상 120

[그림. 53.] 운전 온도에 따른 연료극지지체 flat tubular SOFC 단전지 성능 곡선 121

[그림. 54.] Sintering behavior of YSZ and CGO 124

[그림. 55.] SEM micrographs of electrolyte (CGO-YSZ) prepared by vacuum slurry coating process at the cross section 124

[그림. 56.] bilayer(GDC/YSZ)의 co-sintering 온도에 따른 성능 변화 원인 분석 125

[그림. 57.] Fabrication procedure of anode-supported SOFC single cell 127

[그림. 58.] SEM image at cross-sections of LSCF/CGO/YSZ layers co-sintered at A : 1300℃, B : 1350℃, C : 1400℃ 129

[그림. 59.] SEM image at the surface of CGO interlayer co-sintered at A : 1300℃, B : 1350℃, C : 1400℃ 130

[그림. 60.] EDX mapping image of Ce and Zr elements at the cross-sections of bilayer(YSZ, CGO) co-sintered at (a : 상단) 1350℃, (b : 하단) 1400℃ 131

[그림. 61.] EDX line scanning data for strontium, cerium and zirconium at the multi-layer(LSCF/CGO/YSZ/Ni-YSZ) sintered at A : 1300℃, B : 1350℃, C : 1400℃ 132

[그림. 62.] Performance of the anode-supported tubular SOFC cell with various co-sintering temperatures with LSCF and LSM. (1300℃) 133

[그림. 63.] Performance of the anode-supported tubular SOFC cell with various co-sintering temperatures with LSCF and LSM. (1350℃) 134

[그림. 64.] Performance of the anode-supported tubular SOFC cell with various co-sintering temperatures with LSCF and LSM. (1400℃) 135

[그림. 65.] 평판형 SOFC 단전지 구조 [1] 137

[그림. 66.] 집적 평판형 SOFC (IP-SOFC)의 다셀 MEA 개념도 [1,2] 139

[그림. 67.] 튜브형 SOFC 개략도 [1] 139

[그림. 68.] 평판형 SOFC stack 구성도[1,3] 139

[그림. 69.] 이상적인 셀 전압과 실제 연료전지 셀 전압과 전류의 관계[1] 142

[그림. 70.] Flow diagram of the Glycine nitrate process 159

[그림. 71.] Electrode pattern used for electrochemical evaluation of cathode 160

[그림. 72.] XRD patterns of LSF with different glycine amount. 161

[그림. 73.] SEM images of LSF with different glycine amount. 162

[그림. 74.] XRD pattern of LSF calcinated from 700℃ to 1200℃ 163

[그림. 75.] XRD pattern of LSF+YSZ with sintered at 1200℃, and compared to an un-reacted sample 163

[그림. 76.] XRD pattern of LSF+YSZ mixtures sintered from 1100℃ to 1200℃ 164

[그림. 77.] Impedance spectra comparing LSF and LSM 164

[그림. 78.] Electrical conductivities and activation energies 165

[그림. 79.] 공기극 소결의 용량 증가 166

[그림. 80.] 압출 후의 셀 및 가소결 후의 셀의 형상 (길이 50cm, 200cm²) 167

[그림. 81.] 셀의 전류 집전 공정 개선 168

[그림. 82.] stack 제작에 사용되는 셀들의 형상 168

[그림. 83.] 금속 캡과 연료 챔버의 연결 방법 : 절연 및 기체 밀봉이 우수해야 함 169

[그림. 84.] 유닛 번들과 연료 챔버가 장착된 형상 169

[그림. 85.] 세라믹 셀 및 금속 캡 브레이징 관련 layout 171

[그림. 86.] 대용량 브레이징을 위한 지그 설계 및 적용 171

[그림. 87.] 진공 브레이징 로에 장착되는 세라믹 셀 지지 지그 172

[그림. 88.] 대용량 브레이징 관련 filler 및 브레이징 공정 순서도 172

[그림. 89.] 2차년도에 제작된 1kW급 연료극지지체 평관형 SOFC 스택의 운전 특성 174

[그림. 90.] 연료극 지지체 flat tubular 셀 직렬 전류 집전 형상 및 stack 모듈 옆 모습 175

[그림. 91.] 연료극 지지체 2kW급 flat tubular SOFC stack형상 175

[그림. 92.] 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 운전 시스템의 개략도 178

[그림. 93.] 원통형 가압 SOFC 셀 평가 장치 179

[그림. 94.] 환원 전/후의 기체 투과도 측정 실험 180

[그림. 95.] 운전 압력 증가에 따른 원통형 SOFC 셀의 성능 증가 경향 180

[그림. 96.] (a) 단위전지 구성의 개략도와 (b) BSE image. 188

[그림. 97.] LSGM8080을 20㎛의 두께로 코팅한 단위전지의 성능평가. 188

[그림. 98.] LSGM8080을 20㎛(thin LSGM), 60㎛(thick LSGM)의 두께로 코팅한 단위전지 및 LDC층 없이(without LDC) 제작한 단위전지의 성능평가 비교. 189

[그림. 99.] 750, 800℃에서 수행한 LSGM8080을 60㎛의 두께로 코팅한 단위전지 성능평가. 189

[그림. 100.] 650℃에서 30ESB-Ag or 14ESB-Ag cathode를 사용하여 수행한 단위전지 성능평가. 190

[그림. 101.] 650℃에서 SDC층을 3회와 4회 코팅하여 수행한 단위전지 성능평가. 190

II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 26

[그림 1-1] 소형 sofc 발전 시스템 구성요소 197

[그림 1-2] Hot Box 내 핵심 BOP 시스템 198

[그림 1-3] SOFC 발전 시스템 예 199

[그림 1-4] compact 폐열 회수장치 개념도 199

[그림 1-5] 종합 시스템 구성 200

[그림 1-6] SOFC 연료전지 시스템의 제어 구성 201

[그림 2-1] SOFC 시스템 207

[그림 2-2] Conceptual of the SOFC-MGT hybrid power plant with internal reforming 207

[그림 2-3] Conceptual of the SOFC-MGT hybrid power plant with external reforming 207

[그림 2-4] Conceptual scheme of the SOFC stack 208

[그림 2-5] OFC-gas turbine-steam turbine 208

[그림 2-6] gasification/syngas clean up/ sofc cycle 209

[그림 2-7] CHP 시스템 209

[그림 2-8] RPG시스템 210

[그림 2-9] startup 시나리오 211

[그림 2-10] steady 운전 구동 시나리오 212

[그림 2-11] 전기화학 모델링 218

[그림 2-12] unit cell 계산모델 218

[그림 2-13] I-V curve 219

[그림 2-14] x = 0.016m에서의 속도 벡터(개선 전) 220

[그림 2-15] x = 0.016m에서의 압력 분포(개선 전) 220

[그림 2-16] 입구 진입로를 고려한 Flat tube SOFC의 개략도 221

[그림 2-17] 입구 진입로의 개략도 221

[그림 2-18] 위에서 본 manifold의 형상 222

[그림 2-19] 옆에서 본 manifold의 형상 222

[그림 2-20] x = 0.016m에서의 속도 벡터(개선 후) 223

[그림 2-21] x = 0.016m에서의 압력 분포(개선 후) 223

[그림 2-22] x = 0.060m에서의 압력 분포(개선 후) 224

[그림 2-23] x = 0.060m에서의 속도 벡터(개선 후) 224

[그림 2-24] x = 0.116m에서의 압력 분포(개선 후) 225

[그림 2-25] x = 0.116m에서의 속도 벡터(개선 후) 225

[그림 2-26] x = 0.210m에서의 속도 벡터(개선 후) 226

[그림 2-27] x = 0.210m에서의 압력 분포(개선 후) 226

[그림 2-28] Contours of velocity magnitude for O₂ 227

[그림 2-29] Contours of velocity magnitude for H₂ 228

[그림 2-30] Contours of mass fraction for H₂ 228

[그림 2-31] I-V curve for 20-bundles 1kW SOFC stack 229

[그림 2-32] Simulation system 구성도 230

[그림 2-33] 1kW Stack 성능 곡선 230

[그림 2-34] 후연소기와 열교환기가 통합 모듈 233

[그림 2-35] 연료 과급율과 연료 양에 따른 electrical efficiency 235

[그림 2-36] 연료 과급율과 연료 양에 따른 Stack power 235

[그림 2-37] RPG 시스템 해석 결과 237

[그림 2-38] ATR개질기 238

[그림 2-39] 자열개질 조건 239

[그림 2-40] 개질효율 240

[그림 2-41] 개질 가스 성분비 241

[그림 2-42] H₂O/C에 따른 개질 가스 농도 예측 241

[그림 2-43] O₂/C의 따른 개질 가스 농도 예측 242

[그림 2-44] 물의 분사 특성을 고려한 ATR 개질기의 노즐 243

[그림 2-45] 개질기 가시화 장치 243

[그림 2-46] 개질기 구조 244

[그림 2-47] Bed type의 ATR 촉매를 채워 넣은 개질기 내부 245

[그림 2-48] monolith type의 촉매 개질기 245

[그림 2-49] 개질기 시험장치 246

[그림 2-50] 상단에 후드가 장치된 개질기 시험 장치 246

[그림 2-51] 개질 가스 분석기 246

[그림 2-52] stack exit gas 가 통과하는 channel을 가진 단일 평판 247

[그림 2-53] HX & CB 통합형 모듈 구성도 247

[그림 2-54] 열교환기 및 버너 통합 모듈 248

[그림 2-55] 시스템 해석 248

[그림 2-56] HX & CB 도면 249

[그림 2-57] HX & CB 도면 250

[그림 2-58] Electric bonding을 통한 Heat Exchanger 250

[그림 2-59] Bead type Catalyst촉매 250

[그림 2-60] dummy stack 시스템 장치 251

[그림 2-61] dummy stack 시스템 장치 도면 251

[그림 2-62] dummy 전체 시스템 해석 결과 253

[그림 3-1] 초기 구동 시험 254

[그림 3-2] 초기 구동시 온도 255

[그림 3-3] 초기 구동시 개질가스 255

[그림 3-4] EHM off 시 온도 변화 256

[그림 3-5] T=550℃에서 개질 성능 257

[그림 3-6] 온도 257

[그림 3-7] T=650℃에서 개질 성능 258

[그림 3-8] 온도 258

[그림 3-9] T=750℃에서 개질 성능 259

[그림 3-10] 온도 259

[그림 3-11] GHS는 10000/hr 시 개질성능 260

[그림 3-12] GHS는 10000/hr 시 온도 261

[그림 3-13] H₂O/C 변화에 따른 개질 성능 261

[그림 3-14] 변화에 따른 개질 성능 262

[그림 3-15] 온도, 가스조성 263

[그림 3-16] dummy 시스템 실험치 266

[그림 3-17] dummy 시스템 계산결과 266

[그림 4-1] 2Kw 급 SOFC 시스템 P&I 267

[그림 4-2] 기동/정상 운전 상태 비교 268

[그림 4-3] 시스템 해석 결과 268

[그림 4-4] 2kW 발전 시스템 Bop simulator P&I도 271

[그림 4-5] 2kW 발전 시스템 Bop simulator 제작도면 272

[그림 4-6] 2kW 발전 시스템 Bop simulator 사진 272

III. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 29

[그림 1-1] SOFC 시스템의 구성 277

[그림 2-1] SOFC용 전력변환장치 280

[그림 2-2] SOFC용고주파 링크 DC-AC 컨버터 281

[그림 2-3] DC-DC 컨버터 구성부 282

[그림 2-4] 인버터 구성부 283

[그림 2-5] 전체 시스템 설계도면 283

[그림 2-6] 공랭식 전력변환장치 기구 설계도 284

[그림 2-7] 제작된 전력변환장치 285

[그림 2-8] 입력전류파형 286

[그림 2-9] 고주파 링크 변압기 출력파형 287

[그림 2-10] 1차측 IGBT의 영 전압 스위칭(ZVS) 파형 287

[그림 2-11] DC-AC 컨버터의 교류출력파형 288

[그림 2-12] 전력변환장치 효율특성곡선 288

[그림 2-13] 연료전지 하이브리드 발전시스템 289

[그림 2-14] 연료전지 셀의 V-I곡선, 전력밀도곡선과 효율곡선 291

[그림 2-15] 전력제어 전략 흐름도 292

[그림 2-16] 연료전지용DC-DC컨버터를 위한 디지털 제어기법 293

[그림 2-17] 이동평균 디지털 필터의 동작원리 293

[그림 2-18] 인덕터 전류 파형 295

IV. NT를 이용한 전극 소재 개발 30

[그림 2-1] NiO-YSZ 기판의 제조 공정도 306

[그림 2-2] 가소결된 NiO-YSZ 기판의 외형 사진 306

[그림 2-3] SC-103 스핀코터 307

[그림 2-4] 단전지의 제조 공정도 308

[그림 2-5] 측정 단전지, 성능 측정용 로 및 장치 개략도 310

[그림 3-1] 카본블랙의 양에 따른 가소결 음극지지체의 상대 밀도 312

[그림 3-2] 가소결 및 열처리 온도에 따른 음극지지체의 수축율 314

[그림 3-3] 열안정성 실험 후 음극지지체의 전기전도도, 기공율 및 강도 315

[그림 3-4] 열안정성 실험 후 음극지지체의 fine structure 316

[그림 3-5] YSZ 스핀코팅 후 외면 및 단면의 fine structure 318

[그림 3-6] 스핀코팅 횟수에 따른 YSZ 전해질의 단면 fine structure 319

[그림 3-7] 회전속도에 따른 전해질 코팅 두께변화 (a) 500rpm, (b) 1000rpm, (c) 1500rpm 321

[그림 3-8] 회전시간에 따른 전해질 코팅 두께변화 (a) 10초, (b) 20초, (c) 30초 322

[그림 3-9] 회전시간에 따른 전해질 코팅 표면의 fine structure(1000rpm) 323

[그림 3-10] 회전속도에 따른 spin coater의 투과율 324

[그림 3-11] 회전시간에 따른 spin coater의 투과율 326

[그림 3-12] 가소결 온도에 따른 단전지의 파단면 fine structure 327

[그림 3-13] 가소결 온도에 따른 성능 328

[그림 3-14] 가소결 온도에 따른 단전지 성능 330

[그림 3-15] 가소결 온도에 따른 단전지의 파단면 fine structure 332

[그림 3-16] 가소결 온도에 따른 단전지의 파단면 fine structure(계면) 333

[그림 3-17] 가소결 온도에 따른 융착된 단전지의 파단면 fine structure 334