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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 38
제2장 고체산화물연료전지(SOFC) 요소기술 개발 현황 40
제1절 SOFC 구성요소인 공기극 연구 개발 현황 40
1. 공기극 부품소재의 정의 및 특성 40
2. 공기극의(공기긍의) 국내외 산업현황 분석 45
3. 공기극의 국내외 기술 개발 현황 47
4. 공기극의 산업화 발전 전략 58
제2절 SOFC 구성요소인 전해질 연구 개발 현황 60
1. 전해질 부품 소재의 정의 및 특성 60
2. 전해질의 국내·외 산업현황 분석 63
3. 전해질의 국내·외 기술개발현황 65
4. 전해질의 산업화 발전 전략 70
제3절 SOFC 구성요소인 금속 분리판 연구 개발 현황 72
1. 금속 분리판의 부품 소재의 정의 및 특성 72
2. 금속 분리판의 국내외 산업 현황 분석 76
3. 금속 분리판의 국내외 기술 개발 현황 78
4. 금속 분리판의 산업화 발전 전략 81
제3장 1kW급 평관형(flat tube) 고체산화물연료전지 개발 84
제1절 1kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 84
1. 평관형 연료극 지지체식 고체산화물 연료전지 단전지 제조 및 특성 평가 87
2. 연료극 지지체의 건조, 가소결 및 기능성막 코팅 91
3. 전해질 코팅 및 코팅 특성 분석 96
4. 공기극 코팅 및 단전지의 환원 100
5. 단전지의 성능 테스트 103
제2절 공기극인 LSM을 LSCF로 변경하기 위한 CGO 코팅 연구 107
1. 서론 107
2. 고체산화물 연료전지 LSCF 공기극 단전지의 제조 108
가. 연료극 지지체의 제조 108
나. 전해질 코팅 실험 및 단위 전지의 제조 108
다. 미세 구조의 관찰 110
라. 단위 전지의 성능 평가 110
3. 전해질 및 단위 전지 성능 평가 112
가. 전해질의 미세 구조 평가 112
나. 단위 전지의 성능 평가 113
제3절 SOFC 전사모사 연구 개발 119
1. SOFC 전산모사 연구 개발 소개 119
2. 고체 산화물 연료전지 재료 120
3. 고체산화물 연료전지 형상 121
4. 고체산화물 연료전지의 연료 자유도 (fuel flexibility) 123
5. 고체산화물 연료전지 모델 124
가. 전기 화학 반응 모델 124
나. 공기 및 연료 통로(channel)에서의 이동 (transport) 126
다. 다공성 전극에서의 유체 흐름 127
라. 고체 전해질에서의 이동 129
마. 분리판 (interconnect)에서의 전달(transport) 130
6. 대표적인 수치해석 기술 (numerical technique) 131
7. 모델링에 대한 문헌 132
8. 결론 133
제4절 1kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 134
1. 압출된 평관형 SOFC 셀의 functional layer 및 공기극 dip coating 용량 증가를 위한 공정 확립 134
2. 대형 단전지 제조 기술 개발 134
3. 평관형 SOFC 스택 전류 집전 공정 개선 135
4. 셀/금속 캡 접합 브레이징 공정 개선 136
5. 공기 및 연료가스 매니폴드 compact 화 137
6. Unit bundle 연료 및 공기 공급 챔버 설계와 성능 평가 138
7. 1kW급 평관형 SOFC 스택의 성능 평가 139
제4장 가압 튜브헝 고체산화물연료전지(SOFC) 핵심기술 개발 141
제1절 가압 조건에서의 고체 산화물 연료 전지의 연료극 분극 특성 141
1. 서론 141
2. 실험 방법(Experimental) 142
3. 결과 및 고찰(Results and discussion) 144
4. 결론 154
제2절 고압의 산소 조건에서 안정화 지르코니아의 산소 전극 반응 특성 155
1. 서론 155
2. 실험 155
3. 결과 및 토의 155
가. Pt 전극 155
나. Ag 전극 159
다. LSM 전극 161
제3절 튜브형 SOFC 셀 가압 핵심원천기술 개발 163
1. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 property 특성 분석 및 임계값 선정 163
2. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 운전 시스템의 설계 및 운전특성 파악 165
제5장 결론 167
참고문헌 169
단위과제 II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 / 동상근 ; 이대근 ; 유기수 ; 양제복 ; 윤병택 ; 이은경 171
제1장 서론 173
제1절 개요 173
1. 개요 173
2. 연구목표 및 범위 177
가. 최종목표 178
나. 연구내용/범위 178
제2장 소형 SOFC 발전 시스템 설계/제작 179
제1절 시스템 설계 해석 179
1. 시스템 개요 179
2. 당해 연도 시스템 구성 180
3. 시스템 simulation 181
가. 1kW 급 SOFC를 이용한 RPG system simulation 181
나. 개질기에 대한 시뮬레이션 184
다. Stack 에 대한 시뮬레이션 185
라. HX & CB combined module에 대한 시뮬레이션 185
제2절 Component 설계/제작 188
1. 개질기 설계/제작 188
가. 설계 방법 188
나. ATR 개질기 및 실험장치 제작 193
2. Heat exchanger와 Catalytic burner 통합형 모듈 196
제3장 실험 및 분석 202
제1절 ATR 개질기 실험 202
1. EHM을 이용한 초기 구동 202
2. 정상 상태에서 개질기 구동 204
제2절 개질기 및 열교환기, 후연소버너 종합 실험 210
제4장 Flat-Tube stack 유로 설계 213
제5장 결론 222
참고 문헌 223
단위과제 III. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 / 송유진 ; 한수빈 ; 박석인 ; 정봉만 ; 정학근 ; 유승원 ; 김규덕 225
제1장 서론 227
제1절 연구 배경 227
제2장 전력변환장치 및 전력제어기법 230
제1절 SOFC용 전력변환장치 설계 230
제2절 연료전지 시스템의 전력제어기법 232
1. 전력제어 전략 233
2. 연료전지용 DC-DC컨버터를 위한 디지털 제어기법 236
제3장 SOFC용 제어장치 240
제1절 제어장치 설계 240
1. 설계사양 240
2. 제어장치 하드웨어 보드 242
3. 전원단 설계 242
4. 아날로그 입력단 설계 246
5. PWM 출력 250
6. 디지털 출력 252
7. 디지털 입력 252
8. 아날로그 출력 253
9. 통신 모듈 255
10. 커넥터 256
제4장 결론 및 향후 계획 257
참고문헌 259
단위과제 IV. NT를 이용한 전극 소재 개발 / 우상국 ; 유지행 ; 홍기석 ; 한인섭 ; 이시우 ; 서두원 261
제1장 서론 263
제2장 실험 방법 266
제1절 EB-PVD를 이용한 ScSZ 전해질 증착 266
1. EB-PVD용 NiO-YSZ 음극기판 제조 266
2. EB-PVD법을 이용한 전해질 막 제조 268
3. EB-PVD를 이용하여 증착된 ScSZ 전해질 막의 특성 평가 272
가. Bending factor 272
나. ScSZ 전해질 막의 전기전도도 측정 273
다. ScSZ 전해질 막의 기체투과도 측정 274
라. SOFC 단위 셀의 제조 및 평가 275
제2절 Spin-coating 공정 개발 278
1. Spin-coating을 이용한 전해질막 제조 278
2. Spin-coating을 이용한 단위셀 제조 및 특성 평가 278
제3장 연구 결과 및 고찰 280
제1절 EB-PVD에 의한 ScSZ 전해질막 제조 및 특성 280
1. A1203 기판 위에 증착된 ScSZ 막의 미세구조 280
2. NiO-YSZ 음극기판 위에 증착된 ScSZ 전해질 막의 미세구조 및 결정구조 283
3. 후 열처리한 ScSZ 전해질 막의 Bending 현상 287
4. 후 열처리한 ScSZ 전해질 막의 미세구조 및 결정상 분석 289
5. ScSZ 전해질 막의 전기적 특성 292
6. ScSZ 전해질 막의 기체투과도 295
7. SOFC 단위 셀의 출력 특성 297
제2절 Spin-coating에 의한 SOFC 단위셀 제조 및 특성 299
1. 가소결 온도별 음극지지체 수축률 299
2. 음극지지체의 가소결 온도에 따른 전해질막의 미세구조 300
3. Spin-coating에 의해 제조된 YSZ 셀의 전류-전압 특성 303
제4장 결론 307
참고문헌 308
서지정보양식 311
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 312
I. 고체산화물 연료전지 (SOFC) 요소 및 스택 모듈 기술 개발 31
〈표 1〉 Global SOFC Market by Region 47
〈표 2〉 각종 고체전해질 재료의 산소이온전도도 비교 60
〈표 3〉 가스 형태에 따른 전해질의 제조방법 62
〈표 4〉 고체전해질 분말제조회사 63
〈표 5〉 일본산업계의 SOFC 개발현황 64
〈표 6〉 미국 SOFC 연구현황 : SECA 프로그램 65
〈표 7〉 국내 SOFC 과제 동향 66
〈표 8〉 국외기술개발 동향 (미국의 SECA 프로그램 중의 재료부분) 67
〈표 9〉 금속 분리판 시장 규모 예측 78
〈표 10〉 가스터빈/연료전지 혼합형 발전 시스템 국내 잠재 수요(KIER 자료) 78
〈표 11〉 Area specific resistance(Ω ㎠) of STD430, ZAG232 and Cropper22. 80
〈표 12〉 각각의 연료전지 요소에 대한 일반적인 지배 방정식 131
II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 31
〈표 2-1〉 입출구 조건 184
〈표 2-2〉 스텍 simulation 결과 185
〈표 2-3〉 air 조성 186
〈표 2-4〉 가스 조성 186
〈표 2-5〉 스텍 power 188
〈표 2-6〉 스텍 효율 188
〈표 3-1〉 개질 효율 211
〈표 3-2〉 스텍 효율 211
〈표 3-3〉 전체 시스템 효율 212
IV. NT를 이용한 전극 소재 개발 32
〈표 2-1〉 간접조사방식 EB-gun을 사용하는 EB-PVD 장치의 사양 268
〈표 2-2〉 EB-PVD를 이용한 ScSZ 전해질 코팅 실험 조건 271
〈표 2-3〉 가 소결 온도에 따라 제조된 음극기판 위에 증착된 ScSZ 전해질 막의 시편 명 271
〈표 2-4〉 후 열처리 온도에 따라 제조된 ScSZ 전해질 막의 시편 명 271
〈표 2-5〉 음극기판의 가소결온도를 변화시켜 제조한 SOFC 단위셀 시료명 279
1. 고체산화물 연료전지 (SOFC) 요소 및 스택 모듈 기술 개발 22
[그림 1] 연료전지의 기본 구조 40
[그림 2] 열역학적으로 예상되는 LSM과 YSZ와의 반응생성물 44
[그림 3] 고상법으로 제조한 LSM 분말 51
[그림 4] MCB법으로 제조한 LSM의 미세구조 51
[그림 5] 공기극의 산소이온전달 반응 model 52
[그림 6] 개선된 공기극의 개략도와 SEM 이미지 54
[그림 7] Combustion CVD법에 의해 제조된 Ag-GDC의 미세구조 54
[그림 8] SOFC 단위전지(unit cell) 구성도 73
[그림 9] 분리판 형상 및 조립도(독일, Juelich) 74
[그림 10] 분리판 구성도(미국, Delphi) 74
[그림 11] 평판형 SOFC의 구성비(미국, DOE Report 39463-02 by ADL) 76
[그림 12] SOFC 스택 제조 가격 비교도 76
[그림 13] 미국 SECA 프로그램의 응용 목표 80
[그림 14] 스택 제조를 위한 연료극 지지체식 평관형(Flat Tubular) 고체산화물 연료전지. 85
[그림 15] 연료극 지지체식 평관형(Flat Tubular)고체산화물 연료전지 스택 제조공정도. 86
[그림 16] 압출용 페이스트 제조를 위한 혼련. 88
[그림 17] 연료극 지지체관 제조용 압출기. 89
[그림 18] 평관형 연료극 지지체관 제조용 압출 성형틀 90
[그림 19] 연료극 지지체 휨 현상 방지를 위한 건조 공정. 93
[그림 20] 연료극 지지체의 가소결 전(a)과 후(b) 94
[그림 21] 가소결 후 휨 현상이 나타난 연료극 지지체(a), 개선된 건조 후 가소결된 연료극 지지체(b) 95
[그림 22] 전해질 슬러리 제조 공정 98
[그림 23] 전해질 코팅층의 단면(a)과 현미경으로 관찰한 기공 (b) 2wt.%의 슬러리로 코팅된 전해질 단면의 사진. 99
[그림 24] 공기극 코팅 후(a)과 소결 후(b)의 단전지 101
[그림 25] 환원 공정에 사용된 환원 furnace(a)와 환원 전후 단전지(b) 102
[그림 26] 단위전지 제조를 위한 spot-welding 공정 104
[그림 27] 단위전지 제조를 위한 브레이징 공정 105
[그림 28] 온도에 따른 단전지 성능 곡선 106
[그림 29] 단전지의 연속 운전 실험결과 106
[그림 30] Sintering behavior of YSZ and CGO. 109
[그림 31] SEM micrographs of electrolyte (CGO-YSZ) prepared by vacuum slurry coating process at the cross section. 109
[그림 32] Fabrication procedure of anode-supported SOFC single cell. 111
[그림 33] SEM image at cross-sections of LSCF/CGO/YSZ layers co-sintered at A : 1300℃, B : 1350℃, C : 1400℃. 114
[그림 34] SEM image at the suface of CGO interlayer co-sintered at A : 1300℃, B : 1350℃, C : 1400℃. 115
[그림 35] 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℃. 116
[그림 36] 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℃. 117
[그림 37] Performance of the anode-supported tubular SOFC cell with various co-sintering temperatures with LSCF and LSM. 118
[그림 38] 평판형 고체산화물 연료전지 단전지 구조. 120
[그림 39] 집적 평판형 고체 산화물 연료전지 (IP-SOFC)의 다셀 MEA 개념도 122
[그림 40] 튜브형 고체산화물연료전지 개략도 122
[그림 41] 평판형 고체산화물 연료전지 스택 구성도 122
[그림 42] 이상적인 셀 전압과 실제 연료전지 셀 전압과 전류의 관계 125
[그림 43] Multi dip coating 공정 설비 134
[그림 44] 압출 후 길이가 50 cm인 평관형 SOFC 셀 및 전극면적이 150 ㎠(길이 25cm)인 평관형 SOFC 셀 135
[그림 45] 소결된 평관형 SOFC 셀의 단면 형상 135
[그림 46] metal zig를 통한 스택의 직렬연결 형상 135
[그림 47] 평관형 단전지의 공기극 전류 집전 135
[그림 48] 브레이징 되는 금속 유도코일의 형상 및 온도의 균일한 상승을 위한 보조발열체의 형상 136
[그림 49] 환원 조건에서 평관형 셀과 브레이징(레이징) 되는 금속 캡 및 유도 가열로에서 가열되는 모습 136
[그림 50] 브레이징 조건의 최적화를 위한 유도 가열 코일 설계 및 제작 136
[그림 51] 15kW급의 대용량 유도 가열기 도입을 통해 브레이징 공정 처리 용량 증가 136
[그림 52] 금속 캡과 연료 챔버의 연결 방법 : 절연 및 기체 밀봉이 우수해야 함. 137
[그림 53] 유닛 번들과 연료 챔버가 장착된 형상 137
[그림 54] 연료공급 챔버의 layout 및 실제 형상 138
[그림 55] unit bundle의 성능 곡선 138
[그림 56] 적층용 평관형 셀의 가스 투과도 측정 실험 결과 139
[그림 57] 1kW급 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택의 형상 140
[그림 58] 1kW급 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택의 성능 곡선 140
[그림 59] Schematic drawing of the half cell for impedance measurement under pressurized conditions. 143
[그림 60] Experimental apparatus for impedance measurement under pressurized conditions. 144
[그림 61] Impedance spectra of Ni-YSZ/YSZ half cell at the temperature of 900 and 1000 8C and O₂ partial pressure of 1.1×10-18 and 4.4×10-20 atm. AC impedance spectra were recorded over a frequency range of 0.01-106 Hz...(이미지참조) 146
[그림 62] Impedance spectra of Ni-YSZ/YSZ half cell at various H2 partial pressures from 0.96 to 9.96 atm and a constant H2O partial pressure of 0.04 atm. Measurements were carried out at 1000℃ over a frequency range of 0.01-106(이미지참조) Hz. 147
[그림 63] Impedance spectra of Ni -YSZ/YSZ half cell at various H₂O Partial pressures from 0.04 to 9.04 atm and a constant H2 partial pressure of 0.96atm. Measurements were carried out at 1000℃ over a frequency range of 0.01-lO6(이미지참조) Hz. 148
[그림 64] Schematic representation of assignment of anodic polarization resistances to impedance spectrum measured under pressurized conditions using Ni-YSZ half cell : Rr, ohmic polarization resistance; Ra, activation polarization resistance; Rc, concentration polarization resistance.(이미지참조) 151
[그림 65] Anodic concentration polarization in H₂-H₂O systems with different po₂ estimated for low current densities at the total pressure of 1, 4, and 10 atm according to Eq. (9) : po₂, 4.4×10-20 and 1.1x10-18 atm; temperature, 1000℃.(이미지참조) 152
[그림 66] Effect of temperature on anodic concentration polarization in H₂-H₂O system determined by Eq. (9) for low current densities at the total pressure of 1, 4, and 10 atm with po2=4.4×10-20 atm.(이미지참조) 153
[그림 67] Anodic activation polarization in H₂-H₂O systems with different po₂estimated for low current densities at the total pressure of 10 atm according to Eq. (13) : po₂, 4.4×10-20 and 1.1×10-18 atm; temperature, 1000℃.(이미지참조) 154
[그림 68] Impedance diagrams with platinum electrodesobtained at 700℃ under various oxygen pressures. In the diagrams, the figures are the logarithms of the local frequencies.(이미지참조) 157
[그림 69] Polarization resistance variation of platinum electrodeas a function of oxygen pressure. 157
[그림 70] Arrhenius plot of the normalized reciprocal of the polarization resistance under 40 bar (Pt electrode). 158
[그림 71] Comparison of our results on platinum electrodesaround 600℃, under oxygen pressures higher than1 bar, with previously published normalized polarization resistances (fromMizusaki et at. [5]). 158
[그림 72] Comparison of our results on platinum electrodesaround 800℃, under oxygen pressures higher than1 bar, with previously published normalized polarization resistances (fromMizusaki et al. [5]). 159
[그림 73] Impedance diagrams obtained with sputtered silverelectrodes at 500℃ under air (a), with an oxygenpressure of 9 bar (b) and 46 bar (c), respectively. 160
[그림 74] Polarization resistance variation of sputteredsilver electrodes as a function of oxygen pressure at 500℃. 161
[그림 75] Typical impedancediagrams obtained at 800℃ with LSM35electrode(이미지참조) under high oxygen pressures. 162
[그림 76] Polarization resistancevariation of doped lanthanum manganite electrodes as a function of oxygenpressure. 162
[그림 77] 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 운전 시스템의 개략도 165
[그림 78] 원통형 가압 SOFC 셀 평가 장치 166
[그림 79] 환원 전/후의 기체 투과도 측정 실험 166
II. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 26
[그림 1-1] 소형 sofc 발전 시스템 구성요소 173
[그림 1-2] Hot Box 내 핵심 BOP 시스템 174
[그림 1-3] SOFC 발전 시스템 예 175
[그림 1-4] compact 폐열 회수장치 개념도 175
[그림 1-5] 종합 시스템 구성 176
[그림 1-6] SOFC 연료전지 시스템의 제어 구성 177
[그림 2-1] RPG시스템 179
[그림 2-2] 구동 시나리오 180
[그림 2-3] 당해 연도 시험 BOP시스템 181
[그림 2-4] Simulation system 구성도 182
[그림 2-5] 1kW Stack 성능 곡선 182
[그림 2-6] 단위 전지 계산모델 183
[그림 3-7] 단위전지 계산 결과 비교 183
[그림 2-8] 후연소기와 열교환기가 통합 모듈 185
[그림 2-9] 연료 과급율과 연료 양에 따른 electrical efficiency 186
[그림 2-10] 연료 과급율과 연료 양에 따른 Stack power 187
[그림 2-11] ATR 개질기 188
[그림 2-12] 자열개질 조건 190
[그림 2-13] 개질효율 191
[그림 2-14] 개질 가스 성분비 191
[그림 2-15] H₂O/C 에 따른 개질 가스 농도 예측 192
[그림 2-16] O₂/C의 따른 개질 가스 농도 예측 192
[그림 2-17] 물의 분사 특성을 고려한 ATR 개질기의 노즐 193
[그림 2-18] 개질기 가시화 장치 194
[그림 2-19] 개질기 구조 195
[그림 2-20] Bed type의 ATR 촉매를 채워 넣은 개질기 내부 195
[그림 2-21] RPG용 ATR 개질기 195
[그림 2-22] 개질기 시험장치 196
[그림 2-23] 상단에 후드가 장치된 개질기 시험 장치 196
[그림 2-24] 개질 가스 분석기 196
[그림 2-25] stack exit gas가 통과하는 channel을 가진 단일 평판 197
[그림 2-26] HX & CB 통합형 모듈 구성도 197
[그림 2-27] 열교환기 및 버너 통합 모듈 198
[그림 2-28] 시스템 해석 198
[그림 2-29] HX & CB 도면 199
[그림 2-30] HX & CB 도면 200
[그림 2-31] Electric bonding을 통한 Heat Exchanger 200
[그림 2-32] Bead type Catalyst촉매 200
[그림 2-33] 적층 구조 201
[그림 3-1] 초기 구동 시험 202
[그림 3-2] 초기 구동시 온도 203
[그림 3-3] 초기 구동시 개질가스 203
[그림 3-4] EHM off 시 온도 변화 204
[그림 3-5] T=550℃에서 개질 성능 205
[그림 3-6] 온도 205
[그림 3-7] T=650℃에서 개질 성능 206
[그림 3-8] 온도 206
[그림 3-9] T=750℃에서 개질 성능 207
[그림 3-10] 온도 207
[그림 3-11] GHS는 10000/hr 시 개질성능 208
[그림 3-12] GHS는 10000/hr 시 온도 208
[그림 3-13] H20/C 변화에 따른 개질 성능 209
[그림 3-14] 변화에 따른 개질 성능 209
[그림 3-15] 개질기, 열교환기 입출구 온도 변화 210
[그림 4-1] x=0.0l6m 에서의 속도 벡터 (개선 전) 213
[그림 4-2] x=0.0l6m 에서의 압력 분포 (개선 전) 214
[그림 4-3] 입구 진입로를 고려한 Flat tube SOFC의 개략도 214
[그림 4-4] 입구 진입로의 개략도 215
[그림 4-5] 위에서 본 manifold의 형상 215
[그림 4-6] 옆에서 본 manifold의 형상 216
[그림 4-7] x=0.0l6m 에서의 속도 벡터 (개선 후) 217
[그림 4-8] x=0.0l6m 에서의 압력 분포 (개선 후) 217
[그림 4-9] x=0.060m 에서의 압력 분포 (개선 후) 218
[그림 4-10] x=0.060m 에서의 속도 벡터 (개선 후) 218
[그림 4-11] x=0.116m 에서의 압력 분포 (개선 후) 219
[그림 4-12] x=0.116m 에서의 속도 벡터 (개선 후) 219
[그림 4-13] x=0.210m 에서의 속도 벡터 (개선 후) 220
[그림 4-14] x=0.210m 에서 의 압력 분포 (개선 후) 220
III. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 28
[그림 1-1] SOFC 시스템의 구성 227
[그림 2-1] SOFC용 전력변환장치 230
[그림 2-2] SOFC용고주파 링크 DC-AC 컨버터 231
[그림 2-3] 교류출력파형 232
[그림 2-4] 연료전지 하이브리드 발전시스템 233
[그림 2-5] 연료전지 셀의 V-I곡선, 전력밀도곡선과 효율곡선 234
[그림 2-6] 전력제어 전략 흐름도 235
[그림 2-7] 연료전지용DC-DC컨버터를 위한 디지털 제어기법 236
[그림 2-8] 이동평균 디지털 필터의 동작원리 237
[그림 2-9] 인덕터 전류 파형 238
[그림 3-1] 제어장치의 구성 241
[그림 3-2] 제어장치 하드웨어 보드 242
[그림 3-3] 회로 적용 예 242
[그림 3-4] REG104의 방열 관계 : PCB 면적과 온도 243
[그림 3-5] 12V -〉 5V 변환 회로 243
[그림 3-6] 5V -〉3.3V 공급 회로 244
[그림 3-7] DCR05 활용 예 245
[그림 3-8] 절연 5V 공급 회로 245
[그림 3-9] 절연 +/-12V 공급 회로 246
[그림 3-10] 절연 증폭기 기본 구성도 246
[그림 3-11] 절연증폭회로 247
[그림 3-12] Signal conditioning : 레벨 시프트 + 게인 조정 248
[그림 3-13] 레벨 시프트 및 앰프 248
[그림 3-14] LTC1563-2 249
[그림 3-15] Anti-aliasing 필터 249
[그림 3-16] 교정용 정밀 전원 제공 회로 250
[그림 3-17] 절연회로 250
[그림 3-18] 2V 규격 PWM 신호 생성 회로 251
[그림 3-19] 디지털 출력 회로 252
[그림 3-20] 12V 펄스-〉 5V 펄스 변환 회로 252
[그림 3-21] 절연(Isolation) 회로 253
[그림 3-22] Analog 신호 출력 회로 253
[그림 3-23] 절연회로 253
[그림 3-24] + 12V 증폭 회로 254
[그림 3-25] 전류 출력 회로 254
[그림 3-26] 2CH SCI(RS-232C) 포트 회로 255
[그림 3-27] CAN 모듈 회로 255
[그림 3-28] 전원 커넥터 256
[그림 3-29] 신호 커넥터 256
IV. NT를 이용한 전극 소재 개발 29
[그림 2-1] NiO-YSZ 기판의 제조 공정도 267
[그림 2-2] EB-PVD 장비의 외형 사진 269
[그림 2-3] EB-PVD 공정의 개략도 269
[그림 2-4] 후 열처리한 시편의 Bending factor 272
[그림 2-5] NiO-YSZ 기판의 외형 사진 273
[그림 2-6] 알루미나 기판위에 증착된 ScSZ 전해질 막의 전기전도도 측정 273
[그림 2-7] 기체 투과도 측정 장비의 개략도 274
[그림 2-8] 단위 셀의 제조 공정도 및 형상 276
[그림 2-9] 단위 셀 성능 평가 장치의 개략도 277
[그림 3-1] 산소 유량에 따라 증착된 ScSZ 전해질 막의 미세구조사진. 282
[그림 3-2] 산소 유량에 따라 증착된 ScSZ 전해질 막의 XRD 패턴 283
[그림 3-3] 가소결한 음극 기판위에 증착된 ScSZ 전해질 막과 ScSZ 소결체의 XRD 패턴 284
[그림 3-4] 가소결한 음극기판의 표면 미세구조 사진과 증착한 ScSZ 전해질 막의 표면 미세구조 사진 286
[그림 3-5] 1400℃에서 후 열처리한 E11, E12, E14 시편의 Bending factor 288
[그림 3-6] 하중을 주고 후 온도별로 후 열처리한 E11, E12, E14 시편의 Bending factor 288
[그림 3-7] 가소결 온도별로 증착된 ScSZ 전해질 막을 1350℃에서 후 열처리했을 때의 XRD 패턴 290
[그림 3-8] 1350℃에서 후 열처리한 ScSZ 전해질 막의 표면 미세구조 사진 291
[그림 3-9] E14 시편의 증착 후와 1200℃에서 후 열처리 했을 때의 미세 구조 사진 292
[그림 3-10] 알루미나 기판위에 증착된 ScSZ film의 전기 전도도 294
[그림 3-11] 산소 분압에 따른 ScSZ 전해질 막의 전기 전도도 294
[그림 3-12] E 14시편의 증착 후와 1200, 1350℃에서 후 열처리했을 때의 기체투과도 296
[그림 3-13] E11, E12, E14 시편을 1350℃에서 후 열처리한 시편의 기체투과도 296
[그림 3-14] E12-P35 시편으로 제조한 단위 셀의 성능 그래프 298
[그림 3-15] spin-coat법으로 제조된 단위 셀의 성능 그래프 298
[그림 3-16] 음극지지체의 온도별 소결수축율 및 1400℃ 열처리 후 최종 수축율 299
[그림 3-17] (a)1000℃, (b)1100℃, (c)1200℃ 가소결된 NiO-YSZ 음극 지지체를 이용하여 제조된 단위셀 및 전해질층의 미세구조 (공소결 온도 1400℃) 301
[그림 3-18] Spin-coating에 의해 제조된 Ni-YSZ/YSZ/LSM 단위셀의 전극 미세구조. 302
[그림 3-19] Spin-coating에 의해 제조된 Ni-YSZ/YSZ/LSM 단위셀의 (a)700℃, (b)800℃, (c)900℃에서의 전류-전압특성 304
[그림 3-20] Spin-coating에 의해 제조된 Ni-YSZ/YSZ/LSM 단위셀의 측정온도별 전류-전압특성 305
[그림 3-21] 음극지지체의 가소결 온도별 단위셀의 개회로전압 및 최대출력밀도 306