세그먼트 고체산화물 연료전지 성능에 미치는 공기극 집전층 영향에 관한 연구 Effect of Cathode Current Collector on the Electrochemical Performance of Segmented Solid Oxide Fuel cells원문보기
세그먼트 고체산화물연료전지(SOFC)는 세라믹 지지체 위에 단위전지를 직렬 연결한 모듈 형태로 저전류 영역에서 높은 전압을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 평관형 지지체 위에 세그먼트 SOFC를 제작하여, 공기극 집전층이 성능에 미치는 영향을 관찰하였다. 압출법으로 제작된 평관형 3YSZ 지지체위에 스크린 프린팅 법으로 연료극(Ni-YSZ), 공기극 기능성층(LSCF-GDC), 공기극 집전층(LSCF) 그리고 연결재(Ag-glass)를, 진공 슬러리법으로 전해질(ScSZ)과 중간층(GDC)을 코팅하여 소결하였다. 제작된 세그먼트 SOFC의 단위전지의 총길이는 10 ㎜이며, 활성면적길이는 4 ㎜이다. 그리고 각 단위전지의 간격은 1 ㎜이다. 단일 공기극 집전층(LSCF)을 두께 8～57 ㎛로 제작한 3셀 세그먼트 SOFC의 성능과 교류임피던스를 비교하였다. 750℃에서 각각 3.03～3.12 V의 개회로전압을 나타내었고, 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께 8 ㎛에서 57㎛로 증가할때 최대 출력 밀도는 176 mW/cm2에서 401 mW/cm2(공기극 활성면적 기준)로 증가하였으며, 교류임피던스 측정결과의 옴저항은 0.63 Ωcm2에서 0.36 Ωcm2으로, 분극저항은 0.83 Ωcm2에서 0.53 Ωcm2 으로 감소하였다. 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께가 증가할 때 공기극 집전층의 ...
세그먼트 고체산화물연료전지(SOFC)는 세라믹 지지체 위에 단위전지를 직렬 연결한 모듈 형태로 저전류 영역에서 높은 전압을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 평관형 지지체 위에 세그먼트 SOFC를 제작하여, 공기극 집전층이 성능에 미치는 영향을 관찰하였다. 압출법으로 제작된 평관형 3YSZ 지지체위에 스크린 프린팅 법으로 연료극(Ni-YSZ), 공기극 기능성층(LSCF-GDC), 공기극 집전층(LSCF) 그리고 연결재(Ag-glass)를, 진공 슬러리법으로 전해질(ScSZ)과 중간층(GDC)을 코팅하여 소결하였다. 제작된 세그먼트 SOFC의 단위전지의 총길이는 10 ㎜이며, 활성면적길이는 4 ㎜이다. 그리고 각 단위전지의 간격은 1 ㎜이다. 단일 공기극 집전층(LSCF)을 두께 8～57 ㎛로 제작한 3셀 세그먼트 SOFC의 성능과 교류임피던스를 비교하였다. 750℃에서 각각 3.03～3.12 V의 개회로전압을 나타내었고, 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께 8 ㎛에서 57㎛로 증가할때 최대 출력 밀도는 176 mW/cm2에서 401 mW/cm2(공기극 활성면적 기준)로 증가하였으며, 교류임피던스 측정결과의 옴저항은 0.63 Ωcm2에서 0.36 Ωcm2으로, 분극저항은 0.83 Ωcm2에서 0.53 Ωcm2 으로 감소하였다. 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께가 증가할 때 공기극 집전층의 면저항이 줄어들어 저항 손실이 감소하였으며, 출력밀도가 증가하였다. 공기극 기능성층과 공기극 집전층에서의 열팽창계수 차이를 최소화하기 위해 혼합 공기극 집전층(LSCF/LSCo)이 코팅하여 제작된 5셀 세그먼트 SOFC의 성능과 교류 임피던스를 측정하였다. 20 ㎛의 혼합 공기극 집전층이 사용된 세그먼트 SOFC는 750℃에서 5.05 V의 개회로전압을 나타내었고, 최대 출력 밀도는 523 mW/cm2(공기극 활성면적 기준)이며, 교류임피던스의 옴저항은 0.27 Ωcm2, 분극저항은 0.48 Ωcm2로 측정되었다. 혼합 공기극 집전층(LSCF/LSCo)의 낮은 면저항 특성에 의하여 단일 공기극 집전층(LSCF)보다 저항손실이 감소하였으며, 출력밀도가 향상되었다.
세그먼트 고체산화물연료전지(SOFC)는 세라믹 지지체 위에 단위전지를 직렬 연결한 모듈 형태로 저전류 영역에서 높은 전압을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 평관형 지지체 위에 세그먼트 SOFC를 제작하여, 공기극 집전층이 성능에 미치는 영향을 관찰하였다. 압출법으로 제작된 평관형 3YSZ 지지체위에 스크린 프린팅 법으로 연료극(Ni-YSZ), 공기극 기능성층(LSCF-GDC), 공기극 집전층(LSCF) 그리고 연결재(Ag-glass)를, 진공 슬러리법으로 전해질(ScSZ)과 중간층(GDC)을 코팅하여 소결하였다. 제작된 세그먼트 SOFC의 단위전지의 총길이는 10 ㎜이며, 활성면적길이는 4 ㎜이다. 그리고 각 단위전지의 간격은 1 ㎜이다. 단일 공기극 집전층(LSCF)을 두께 8～57 ㎛로 제작한 3셀 세그먼트 SOFC의 성능과 교류임피던스를 비교하였다. 750℃에서 각각 3.03～3.12 V의 개회로전압을 나타내었고, 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께 8 ㎛에서 57㎛로 증가할때 최대 출력 밀도는 176 mW/cm2에서 401 mW/cm2(공기극 활성면적 기준)로 증가하였으며, 교류임피던스 측정결과의 옴저항은 0.63 Ωcm2에서 0.36 Ωcm2으로, 분극저항은 0.83 Ωcm2에서 0.53 Ωcm2 으로 감소하였다. 단일 공기극 집전층(LSCF) 두께가 증가할 때 공기극 집전층의 면저항이 줄어들어 저항 손실이 감소하였으며, 출력밀도가 증가하였다. 공기극 기능성층과 공기극 집전층에서의 열팽창계수 차이를 최소화하기 위해 혼합 공기극 집전층(LSCF/LSCo)이 코팅하여 제작된 5셀 세그먼트 SOFC의 성능과 교류 임피던스를 측정하였다. 20 ㎛의 혼합 공기극 집전층이 사용된 세그먼트 SOFC는 750℃에서 5.05 V의 개회로전압을 나타내었고, 최대 출력 밀도는 523 mW/cm2(공기극 활성면적 기준)이며, 교류임피던스의 옴저항은 0.27 Ωcm2, 분극저항은 0.48 Ωcm2로 측정되었다. 혼합 공기극 집전층(LSCF/LSCo)의 낮은 면저항 특성에 의하여 단일 공기극 집전층(LSCF)보다 저항손실이 감소하였으며, 출력밀도가 향상되었다.
The Segmented-in-Series Solid Oxide Fuel Ccells(SIS-SOFC) is connected electrically in series with the lateral neighboring cells. Electrical current from the anode interconnect at one end of the module is delivered to an external circuit, with electrons being returned to the cathode interconnect at ...
The Segmented-in-Series Solid Oxide Fuel Ccells(SIS-SOFC) is connected electrically in series with the lateral neighboring cells. Electrical current from the anode interconnect at one end of the module is delivered to an external circuit, with electrons being returned to the cathode interconnect at the other end of the module. the segmented-in-series architectures offer several potential benefits, especially producing a high potential at a low current. In this work, the study of fabrication of SIS-SOFC and the effect of a cathode current collector on a performance is performed. By using a screen printing, anode (Ni-ScSZ), cathode functional layer (LSCF-GDC), cathode current collector (LSCF) and interconnect (Ag-glass) on a flat-tubular support of 3YSZ that is made by extrusion. And then electrolyte (ScSZ) and interlayer (GDC) are coated by a vaccum slurry and sintered. The total length of a unit cell is 10 ㎜ and active length is 4 ㎜. and the distance between unit cells is 1 ㎜. The performance and A.C. impedance are measured on 3cell SIS-SOFC with 8～57 ㎛ of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 for comparing that the effect of the thickness of a cathode current collector. The cell exhibits a open circuit voltage value of 3.03～3.12 V at 750 ℃, and the maximum electrical power density is increased from 176 to 401 mW/㎝2(70 to 160 mW/㎝2 calculated based on total coated area) as the thickness is increased from 8 ㎛ to 57 ㎛. For a A.C. impedance measurement, the ohmic resistance is decreased from 0.63 to 0.36 Ωcm2 and also a polarization resistance is decreased from 0.83 to 0.53 Ωcm2. Also, in this work, a cathode current collector is fabricated by mixing of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 and La0.6Sr0.4CoO3 as a cathode materials of a high electrical conductivity for decreasing a difference of a thermal expansion coefficient. And this cathode current collector is applied to 5 cell of a SIS-SOFC and then the performance and A.C. impedance are measured. The SIS-SOFC with the mixed cathode current collector of 20 ㎛ exhibits a open circuit voltage value of 5.05 V at 750 ℃. The maximum electrical power density is 523 mW/cm2(270 mW/㎝2 calculated based on total coated area), a ohmic resistance is 0.27 Ωcm2 and a polarization resistance 0.48 Ωcm2.
The Segmented-in-Series Solid Oxide Fuel Ccells(SIS-SOFC) is connected electrically in series with the lateral neighboring cells. Electrical current from the anode interconnect at one end of the module is delivered to an external circuit, with electrons being returned to the cathode interconnect at the other end of the module. the segmented-in-series architectures offer several potential benefits, especially producing a high potential at a low current. In this work, the study of fabrication of SIS-SOFC and the effect of a cathode current collector on a performance is performed. By using a screen printing, anode (Ni-ScSZ), cathode functional layer (LSCF-GDC), cathode current collector (LSCF) and interconnect (Ag-glass) on a flat-tubular support of 3YSZ that is made by extrusion. And then electrolyte (ScSZ) and interlayer (GDC) are coated by a vaccum slurry and sintered. The total length of a unit cell is 10 ㎜ and active length is 4 ㎜. and the distance between unit cells is 1 ㎜. The performance and A.C. impedance are measured on 3cell SIS-SOFC with 8～57 ㎛ of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 for comparing that the effect of the thickness of a cathode current collector. The cell exhibits a open circuit voltage value of 3.03～3.12 V at 750 ℃, and the maximum electrical power density is increased from 176 to 401 mW/㎝2(70 to 160 mW/㎝2 calculated based on total coated area) as the thickness is increased from 8 ㎛ to 57 ㎛. For a A.C. impedance measurement, the ohmic resistance is decreased from 0.63 to 0.36 Ωcm2 and also a polarization resistance is decreased from 0.83 to 0.53 Ωcm2. Also, in this work, a cathode current collector is fabricated by mixing of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 and La0.6Sr0.4CoO3 as a cathode materials of a high electrical conductivity for decreasing a difference of a thermal expansion coefficient. And this cathode current collector is applied to 5 cell of a SIS-SOFC and then the performance and A.C. impedance are measured. The SIS-SOFC with the mixed cathode current collector of 20 ㎛ exhibits a open circuit voltage value of 5.05 V at 750 ℃. The maximum electrical power density is 523 mW/cm2(270 mW/㎝2 calculated based on total coated area), a ohmic resistance is 0.27 Ωcm2 and a polarization resistance 0.48 Ωcm2.
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