[논문]메탄연료사용을 위한 고체산화물 연료전지용 Reduced Graphene Oxide/Sr0.98Y0.08TiO3-δ 연료극 개발

김형순; 김준호; 모수인; 박광선; 윤정우

doi:10.9713/kcer.2023.61.2.296

[국내논문] 메탄연료사용을 위한 고체산화물 연료전지용 Reduced Graphene Oxide/Sr0.98Y0.08TiO3-δ 연료극 개발
Development of Reduced Graphene Oxide/Sr0.98Y0.08TiO3-δ Anode for Methane Fuels in Solid Oxide Fuel Cells 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.61 no.2, 2023년, pp.296 - 301

김형순 (해양에너지) , 김준호 (전남대학교 화학공학과) , 모수인 (전남대학교 화학공학과) , 박광선 (전남대학교 화학공학과) , 윤정우 (전남대학교 화학공학과)

초록
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고온 운전이 가능한 고체산화물 연료전지의 최대의 장점은 내부개질을 통한 연료의 다양성에 있다. 하지만 기존의 Ni/SYZ전극은 탄소침적에 대한 단점을 가지고 있고, 이를 해결하기 위해 페로브스카이트 구조의 연료극 개발이 진행되었다. 본 연구에서는 페로브스카이트 대체 연료극의 낮은 전기전도도 및 촉매활성을 향상시키기 위해 rGO(reduced graphene oxide)를 Sr_0.92Y_0.08TiO₃(SYT)와 혼합하여 연료극에 대한 성능 평가를 진행하였다. Ni/YSZ(yttria stabilized zirconia)와 SYT에 1wt%rGO를 첨가하여 연료극을 합성하였다. 고온 산화조건에서 전극 제조 후 rGO의 유무 확인은 XPS 및 라만 분석을 통해 확인하였다. rGO/SYT 연료극은 rGO 대비 H₂에서 3배, CH₄에서 6배의 매우 큰 성능 향상을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Solid oxide fuel cell has received more attention recently due to the fuel flexibility via internal reforming. Commonly used Ni/YSZ anode, however, can be easily deactivated by carbon coking in hydrocarbon fuels. The carbon deposition problem can minimize by developing alternative perovskite anode. This study is focused on improving conductivity and catalytic activity of the perovskite anode by introducing rGO (reduced graphene oxide). Sr0.92Y0.08TiO3(SYT) anode with perovskite structure was synthesized with 1wt% of rGO. The presence of rGO during anode fabricating process and cell operation is confirmed through XPS and Raman analysis. The maximum power density of rGO/SYT anode improved to 3 times in H2 and 6 times in CH4 comparing to that of SYT anode due to the high electrical conductivity and good catalytic activity for CH4.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of a reactor for measuring electrochemical properties.
그림 Fig. 2. Raman spectroscopy results for rGO and rGO (1 wt%)/Ni/YSZ after sintering.
그림 Fig. 3. XPS analysis images of C 1s orbitals and O 1s orbitals of rGO (1 wt%)/Ni/YSZ after sintering.
그림 Fig. 4. Cross-sectional SEM image comparison of (a) Ni/YSZ anode, (b) rGO/Ni/YSZ anode, (c) SYT anode, and (d) rGO/SYT anode.
그림 Fig. 5. Impedance spectra measured at 750℃ and 850℃ for Ni/YSZ, rGO/Ni/YSZ, SYT, and rGO/SYT anodes.
그림 Fig. 6. Comparison of IV performance of Ni/YSZ anode, rGO/Ni/YSZ anode, SYT, and rGO/SYT anode for H₂ and CH₄ fuel at 850℃.

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