초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
◦ AMTEC 단위셀 및 요소기술 개발
- Mo/TiN 복합전극을 조성을 변화시키면서 제조한 후 고온 입자성장 특성과 전기전도도를 측정한 결과 열주기에도 입자가 성장하지 않고 700°C에서 260 S/cm 이상의 높은 전기전도도를 갖는 전극용 소재가 합성되었음을 확인하였다.
- 전지 화학전지내에 상대전극의 재료로 크게 주목받고 있는 Mo2C를 솔-젤 합성법 및 MWSV 합성법으로 제조하였으며 특히 MWSV 합성법으로부터 제조된 Mo2C 나노파티클 필름의 전기전도도를 증가시켰고

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
◦ AMTEC 단위셀 및 요소기술 개발
- Mo/TiN 복합전극을 조성을 변화시키면서 제조한 후 고온 입자성장 특성과 전기전도도를 측정한 결과 열주기에도 입자가 성장하지 않고 700°C에서 260 S/cm 이상의 높은 전기전도도를 갖는 전극용 소재가 합성되었음을 확인하였다.
- 전지 화학전지내에 상대전극의 재료로 크게 주목받고 있는 Mo2C를 솔-젤 합성법 및 MWSV 합성법으로 제조하였으며 특히 MWSV 합성법으로부터 제조된 Mo2C 나노파티클 필름의 전기전도도를 증가시켰고 전기 화학 전지내의 상대전극 성능을 향상시켰다.
- beta“-alumina를 다양한 열처리 조건에 따라 열처리 한 후 조성 변화를 조사하였다. 진공로에서 1250°C에서 열처리하면 Na 이 전량 휘발되어 검출되지 않는 것이 확인되었으며 MgO 도가니를 사용하여 β“-alumina 에 powder bed 로 열처리 한 경우는 Na 휘발이 효과적으로 억제되는 것을 알 수 있었다.
- AMTEC 단위 셀의 전기적 절연과 구조적 안정성을 위하여 세라믹-세라믹, 금속-세라믹 접합을 실시하였다. CaO-Al₂O₃접합제의 경우 glass 접합제와 비교하여 매우 우수한 sealing 효과를 나타냄을 확인 하였으며, 금속-세라믹 접합의 경우 금속화를 먼저 처리한 후 브레이징을 한 경우 설계에 요구되는 건전접합의 강도를 상회하는 15 MPa의 접합강도를 얻을 수 있었다.
- AMTEC 단위셀의 OCV (Open circuit voltage) 는 250℃에서 2.4∼2.6 V 정도로 측정되었고 성능은 부하 전류를 300mA 까지 인가한 결과 최대출력이 100mW 인 것으로 측정되었다. 그러나 I-V 측정이 반복될수록 anode 에서 cathode 쪽으로 Na 이 이동하여 분압 차이가 줄어들어 OCV 값이 강하하는 현상이 확인되었다. 따라서 cathode 측 Na 제거 기술이 요구된다.

◦ AMTEC용 금속유체 응축 및 모세관 순환윅 기술개발에 관한 연구
- AMTEC 프로그램을 통하여 시스템을 설계하기 위한 프로그램을 제작하고 이를 통한 시스템 최적 작동 조건을 응축부와 순환윅을 기준으로 분석하였으며, 시스템의 최적 설계 결과를 제시하였다.
- AMTEC의 고온 고압부와 저압부 사이의 나트륨 증기 순환과정 중에 상당량의 복사 열손실과 이에 따른 응축불 균형이 있었으며 이를 극복하기 위해서는 BASE 튜브 의 높이가 150mm, 직경이 26mm일 때 저압용기의 높이가 270mm, 직경이 180mm인 것이 가장 좋은 성능을 나타내었다. 또한, 발전량 증대를 소디움이 BASE 튜브에서 이온화 하여 통과하여 전기가 발생하는 위해서는 800K 이상의 고온 유지가 필요하기 때문에 저압 용기의 크기를 결정하는 데 있어서 실드의 부착은 매우 큰 변수로 작용할 수 있다. 안정적인 AMTEC의 효율 증대를 위해서는 적절한 복사 실드의 설계 및 부착이 필요하다고 여겨진다..
- 증발부는 응축부에서 순환윅을 통해 지속적인 소디움 응축액이 공급되어야 한다.
- 응축부로 유입되는 소디움 유체의 온도와 증발부의 가열온도를 고정하여 해석하였고 내부에서 발생하는 온도와 압력구배를 확인 할 수 있다. 다공성 물질의 열전도 차이는 압력구배에 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있었으며, 순환윅 내부의 온도구배는 Parallel, Series모델의 경우는 거의 차이가 없으며, 최고값인 Maxwell 모델과 최저값인 Kempf 모델의 경우 차이를 보이는 것을 확인 할 수 있다.
- AMTEC용 금속유체 순환 성능평가를 위한 장치를 설계․제작하였으며, 금속유체 순환 성능실험을 실시하였다. 실험결과 내부 상하부 포화온도가 각각 320℃, 630℃조건 (BASE 튜브의 평균온도가 470℃ 이상인 조건)에서 OCV가 최대 1.9V, 평균출력 1.4V를 나타내었다.
- 효율 및 성능이 개선 된 25W(효율 8%)급 AMTEC 시제품을 제작하고 성능평가를 실시하였으며, 10시간 연속운전을 통해서 AMTEC 기술 개발 가능성을 확보하였다. 향후, 구성부품 등 소재의 고온신뢰성을 높이기 위한 추가적인 연구가 필요하다.

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
◦ Development of Core Technology of Cell and Module for AMTEC
- The current study investigated the electrical conductivity and microstructural stability of the AMTEC electrode that is made from a Mo/TiN composite powder
- The electrode made from the Mo/TiN comp

Ⅳ. Result and Recommendations
◦ Development of Core Technology of Cell and Module for AMTEC
- The current study investigated the electrical conductivity and microstructural stability of the AMTEC electrode that is made from a Mo/TiN composite powder
- The electrode made from the Mo/TiN composite powder exhibited high electrical conductivities of 1000 Scm-1at 300oC and 260 Scm-1at 700oC, even with a reduced Mo content (50 vol%).
- The Mo/TiN composite electrode exhibited excellent tolerance against grain growth at elevated temperatures.
- The ionic conductivity of beta“-alumina solid electrolyte varied depending on the size factor of the specimen. It is due to the inductance from the lead wire. The accuracy of small fracture surface and long specimen is relative higher than large area.
- Joining of similar and dissimilar materials has been performed for structural stability and electrical insulation. Similar joining by CaO-Al2O3 bond show superior sealing compared to the glass bonding, and in case of dissimilar joining the brazing after the additional metallization process of ceramics results robust joining strength of 15 MPa which exceed the required designing strength.
- The OCV (Open circuit voltage) of AMTEC unit cell was 2.2~2.6 V at 250oC, and the performance of the cell was 100mW with 300mA current. However, the OCV drastically dropped with the repetition of I-V tests due to the decrease of pressure difference as the transferred Na from anode to cathode.

◦ Development on the condensation and the capillary circulation wick of liquid metal for AMTEC
- The analysis method of circulation wick and condensation for AMTEC cell was performed
- The computer program of the thermal and fluid modeling of AMTEC system was developed, and AMTEC efficiency was analyzed according to BASE tube length and current density.
- Generation capacity was performed according to BASE tube diameter and length.
- In the design analysis for AMTEC system, the length, diameter and number of BASE tube was designed as 12.6 cm, 2.6 cm and 8 respectively.
- The integral capillary circulation wick was manufactrued by laminating method of Ni foam sheets, perfomannce results including capillary force, porosity, etc. was satisfactory within the target.
- The performance test for the circulation of sodium was conducted when BASE tube were installed, 1.9V OCV, 1.4V(averaged) was gained at the state of saturation temperature of upper side 320℃, bottom side 630℃, and BASE average temperature 470℃.
- Technical feasibility of AMTEC was secured through the 10 hours continuous operating at the final performance test of AMTEC module with 4 BASE cell for 25 watt output, additional research on high temperature reliability are needed.