초록 ▼

II. 연구개발의 목적 및 중요성
1. 2kW급 평관형 SOFC 스택 모듈 기술 개발
o SOFC 구조면에서 원통형, 평판형, 원반형 등의 SOFC 구조가 개발되고 있으며, 이들 기술 중 실용화에 가장 접근한 기술은 평판형 및 원통형 SOFC 기술의 장점을 모두 갖고 있는 평관형 SOFC 로 발전용으로 실용화가 확실시 되고 있다. 따라서 SOFC 기술의 상용화에 대비하며 소재 개발 및 출력 개선 등 기술적인 요구조건을 충족하기 위해 평관형 SOFC 스택 모듈의 핵심 요소기술개발의 필요성은 절실하다.

o 평관형

II. 연구개발의 목적 및 중요성
1. 2kW급 평관형 SOFC 스택 모듈 기술 개발
o SOFC 구조면에서 원통형, 평판형, 원반형 등의 SOFC 구조가 개발되고 있으며, 이들 기술 중 실용화에 가장 접근한 기술은 평판형 및 원통형 SOFC 기술의 장점을 모두 갖고 있는 평관형 SOFC 로 발전용으로 실용화가 확실시 되고 있다. 따라서 SOFC 기술의 상용화에 대비하며 소재 개발 및 출력 개선 등 기술적인 요구조건을 충족하기 위해 평관형 SOFC 스택 모듈의 핵심 요소기술개발의 필요성은 절실하다.

o 평관형 고체산화물 연료전지 (Flat Tubular Solid Oxide Fuel Cell) 스택 모듈 기술은 선진국이 주력으로 연구하는 독창적인 SOFC 기술로, 향후 상용화 및 고성능화에 대비한 핵심 요소기술의 개발은 필연적이다. 또한 독창적인 고유 기술의 자립화와 차세대 에너지 기술개발을 통한 오염방지 및 고효율 청정 발전 기술의 적용 등 국가정책에 도움을 주고 더불어 전량 수입에 의존하는 국가 에너지원을 자립화하는 것은 매우 중요하다 할 수 있다.

o 최근 에너지와 환경문제가 대두됨에 따라 대체에너지 중에서도 청정에너지의 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 측면에서 평관형 SOFC 는 여타 발전 시스템에 비하여 고효율, 고성능, 고급폐열, 연료의 다양성 등을 구비하고 있으나, 실용화에는 상당히 먼 느낌을 지니고 있다. 이는 구성소재가 모두 세라믹을 근거로 하기 때문이며, 구성소재의 제조공정 및 부품양산, 제작기술의 확립 등이 필수적으로 이루어져야 한다.

2. 소형 SOFC 발전장치의 핵심 BOP 기술의 필요성
o 본 연구는 SOFC를 활용한 분산형 혹은 RPG system을 개발하는 것을 목표로 한다.
RPG 용 SOFC system의 설계 기술 확립을 시스템의 구성을 설계하고 또한 주요 구성품을 설계, 제작하는 것을 목표로 하였다.

o SOFC 분산발전 시스템의 전력변환장치는 연료전지의 낮은 출력전압을 승압하여 교류전압으로 변환시켜 연료전지로부터 부하로 전력을 공급하는 장치로서 전력변환 효율이 매우 중요하다. 또한, 전력변환장치는 BoP 제어장치와 연계하여 연료전지의 출력을 제한하여 연료전지가 항상 고효율 운전구간에서 동작하도록 함으로써 연료전지 시스템의 성능과 내구성을 향싱시킨다. 본 연구에서는 SOFC 분산발전 시스템용 고효율 전력변환장치와 BoP 제어 장치 및 최적 전력제어기법을 개발하여 연료전지시스템의 성능과 내구성을 향상시키고자 한다.

3. NT를 이용한 전극소재 개발 기술의 필요성
o 전극의 특성 향상을 위한 나노 코팅기술은 재료의 종류나 응용분야에 따라 달리 적용되기 때문에 시행착오적 기술의 한계가 나타나게 됨에 따라 이들 개별적으로 축적된 코팅기술을 총합적으로 활용한 새로운 코팅재료 및 기술의 개발이 요구되고 있다.

o 향후 수소경제 사회로의 진입을 위한 다각적인 노력과 연구가 수행되고 있으며 그 중 연료전지에 거는 기대는 크다 할 수 있다. 현재 고체산화물 연료전지 기술은 마이크론 크기의 파우더를 이용한 연구에 집중되고 있어 나노기술을 이용한 고효율화 연구는 매우 의미 있는 연구로 이의 개발의 성공에 따라 보급환경은 예측이 불가능할 정도로 매우 넓다고 할 수 있다. 고체산화 물 연료전지의 고성능화를 위하여는 나노기술의 적용이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 우수한 특성을 갖는 고 신뢰성 신형 전극 소재와 제조 공정의 핵심기술을 개발하고자 한다.

III. 연구개발의 내용 및 범위
1 . 평관형 연료극 지지체(Flat tube anode support) SOFC 스택 모듈 개발
o 출력용량: 2.0 kW, 운전시간 1,000 시간, 수명 10%/1,000h 이하, 사용 연료 H₂
o 스택 구성 전극 및 전해질 소재의 최적공정 개발
o 평관형 SOFC 스택 모듈 설계 및 제작기술 개발
o 평관형 SOFC 스택 적층 및 운전기술 확보

2. 소형(이동전원용) SOFC 발전장치의 핵심 BOP 시스템 개발
소형용 고체산화물 연료전지 (SOFC) 발전시스템은 연료 개질부, 연료전지본체, 전력변환 및 시스템 제어부, 후연소기, 열 회수부로 구성되며 발전시스템의 출력은 연료전지 스택뿐만 아니라 reformer 효율, 폐열 회수 장치(연소기, 열교환기)에 좌우된다. 소형 SOFC 발전시스템의 실용화를 다음과 같은 Hot Box 내 BOP 시스템의 핵심 요소기술을 개발하였다.

- 고성능/고효율 폐열회수시스템 (WHRS) 개발
- After burner/열교환기 일체형 WHRS 설계
- 고성능 ATR 개질 시스템 개발
- 고성능 개질기 설계 및 열유동 해석
- 고성능 개질기 제작 및 성능 분석
- dummy stack 반응기 제작
- 개질기, dummy stack. 후연소기.열교환기 종합 구성 실험
- 2kW 급 SOFC 발전 시스템 설계/해석
- 2kW SOFC BOP 시스템 simulator 제작

본 연구에서는 가정용 SOFC 연료전지 발전 시스템을 위한 전력변환장치와 연료전지 BoP 제어장치를 개발한다. 전력변환장치는 DC-DC 컨버터와 DC-AC 컨버터로 구성된다. BoP용 제어장치는 고성능 DSP와 노이즈에 강한 CAN 통신을 도입하여 개발한다. 2차년에 수행된 연구내용은 다음과 같다.
- 3상 DC-DC 컨버터 및 고주파링크 고주파 링크 단상 DC-AC 컨버터 제작
- 연료전지 발전시스템용 전력제어기법 개발

3. NT를 이용한 SOFC 용 전극 소재 및 공정기술 개발
o 전도도 103 S/cm 이상, 강도 150 MPa 이상, 열싸이클 특성평가 : 3,000 회, 전극의 내구성 : 2,000 시간 이상
o 평관형 셀의 대형화 및 기계적 내구성 증진

IV. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1. 연료극 지지체 평관형 SOFC 요소기술 개발 및 2kW 급 SOFC 스택 모듈 개발
o 고효율 평관형 SOFC unit cell 성능 개선
LSM 공기극 대신 LSCF 공기극을 적용해 성능을 22% 향상시켰다. 진공 slurry 코팅법으로 YSZ와 GDC를 코팅하고 co-sintering 해 고효율 박막을 유지했으며, LSCF를 코팅해서 평관형 SOFC unit cell 성능을 향상시켰다.

o 2kW급 평관형 SOFC 스택 모듈을 구성하는 평관형 SOFC unit cell 전력 생성용량 증가
기존 1 kW급 펑관형 SOFC 스택 모듈을 구성하는 unit cell의 active area 를 90 ㎠에서 120 ㎠ 로 증가시켜 발전 용량 증대를 꽤하였다.

o 세라믹/금속 접합 (brazing) 용량 증대
기존 세라믹 및 금속 캡 간의 접합시 사용하던 유도 가열 브레이징 furnace 대신 접합 공정을 대량으로 할 수 있는 진공 브레이징 furnace를 이용함으로서 2kW 급 스택 모듈에 사용되는 평관형 단전지의 브레이징 용량을 증가시켰다. 기존 접합 시 사용되는 시간을 30% 이상 단축시키고 용량을 2배 이상 증가 시킴으로서 대용량 양산 공정의 기초를 다질 수 있었다.

o 평관형 SOFC unit bundle 최적화/2kW 급 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택 모듈 제작
평관형 unit cell 에 유연성을 증가시킨 주름관을 이용해 단위 셀들을 병렬 연결했으며, 절연 및 밀봉을 최적화 한 연료 및 공기 챔버를 설계하였다. 그리고 2 cell unit들을 직렬 연결할 경우 금속 지그의 형상을 최적화해서 최적의 전류 흐름 경로를 유지하였다. 이를 바탕으로 한 2kW급 연료극 지지체 평관형 SOFC 스택 모듈을 설계 및 제작했다.

2. SOFC 를 활용한 분산형 혹은 RPG system을 개발
o 스택의 유로를 열유동 해석을 통해 설계 하였다.
o RPG 용 SOFC 시스템 목적에 맞게 열관리가 되는 시스템을 제안하였다.
o 1kw급 개질기/dummy stack/열교환기/연소기 통합모듈 실험 장치를 제작, 실험하였는데 결과에 의하면 H₂ 42%, CO 10% 개질효율 80% 전환율 99% 이상 실현하였고 폐열회수율도 70% 이상 달성
o 종합실험 결과가 폐열회수 포함한 시스템 효율은 78% 정도 이였고 향후 방열 손실을 감소하면 시스템 효율은 85% 이상 달할 것으로 보인다.
o 2kW 발전 BOP 시스템 설계를 완료하였고 2kW 발전 시스템 Bop simulator를 제작완료 하였다.
o 3차년도에서는 2kW 발전 시스템 Bop simulator를 통하여 실제 스택이 장착된 2kW SOFC 발전 시스템을 제작할 예정이다.

3. 가정용 SOFC 연료전지 발전 시스템용 전력변환장치와 연료전지 BoP 제어 장치를 설계 연료전지의 낮은 출력전압을 효과적으로 승압하기 위해 3상 전류형 하프-브릿지 DC-DC 컨버터를 제작하였다. 3상 전류형 DC-DC 컨버터는 일종의 3상 부스터 컨버터이기 때문에 낮은 입력전압을 효과적으로 승압하여 변압기를 권선비를 줄일 수 있으며, 입력 인덕터의 크기와 스위치의 도통손실을 줄임과 동시에 연료전지로부터 유기되는 출력전류 리플을 저감시킨 다. 전압 클램핑 회로는 각 스위치에 걸리는 전압을 제한할 뿐 아니라 1 차측의 모든 스위치가 소프트 스위칭을 하게함으로써 스위칭 손실을 줄여 컨버터의 효율을 향상시킨다.

또한, 본 연구에서는 개발한 연료전지 발전시스템을 위한 전력제어기법은 전력변환장치와 BoP 의 디지털 제어장치가 연계하여 연료전지가 항상 고효율 운전구간에서 동작 하도록 함으로써 연료전지 시스템의 성능과 내구성을 향상시키도록 하였다.

4. NT를 이용한 SOFC 용 전극 소재 및 공정기술 개발
열차폐 코팅기술로 많이 사용되고 있는 EB-PVD 법을 이용하여 음극기판에 ScSZ 전해질막을 증착하여 치밀한 전해질 막을 증착하였다. EB-PVD법으로 제조된 박막전해 질은 1150℃에 이르는 공기극 소결 공정이나 900℃ 가량의 연료전지 작동조건에서 주상구조가 벌어지는 결함이 발생하는 문제점이 발견되었으며, 이를 해결하기 위해 음극기판의 가소결온도와 후 열처리 조건을 조절하였다. 그 결과 SOFC용 전해질로서 충분한 치밀도를 갖는 ScSZ film 을 Ni- YSZ 음극지지체 위에 제조하여 900℃ 에서 1.0W/㎠ 이상의 높은 출력밀도를 보이는 단위 셀 제조 기술을 확보하였다. NT를 이용한 나노 전극 개발에 앞서 기본적으로 사용하게 될 spin - coat 방법으로 기본적인 button cell 을 제조하고 Cell 성능 측정을 하였다. 가소결 온도에 차이를 두어 1000℃, 1100℃, 1200℃ 의 세가지 조건에서 만들어진 시편으로 이후 공정은 동일하게 진행하여 Cell을 만들었고 각각의 Cell 특성을 비교하였다. 전해질 코팅 후 가장 많은 수축률을 보인 1000Y 의 경우가 전체적으로 낮은 성능을 보여주었고 1100Y나 1200Y의 경우도 1000Y 보다는 높은 출력을 보이고 있지만 900℃라는 높은 온도에서만 높은 출력을 보일 뿐 700℃ 정도의 낮은 온도에서는 1000Y 와 큰 차이를 보이지 않았다. 기본적으로 spin-coat를 이용한 SOFCs button cell 제조에 큰 문제가 없고 일정 수준 이상의 출력을 얻을 수 있음을 확인한 만큼 이후 진행될 실험에서는 spin-coat에 영향을 주는 변수들을 조절하여 전해질 및 공기극의 코팅층 두께를 일정하게 유지할 수 있는 방법과 원하는 만큼의 두께를 얻을 수 있는 변수를 찾아나가야 할 것이며 실험의 목표였던 NT를 이용한 나노 전극을 음극지지체와 전해질 사이에 코팅해서 cell의 성능을 높이고 700℃ 정도의 낮은 온도에서도 충분한 출력을 얻을 수 있도록 연구를 추진할 계획이다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

II. Objectives and Significance
Solid oxide fuel cell (SOFC) is developing as the clean and efficient power source generating electricity from multi-form fuels. SOFC has several distinct advantages: simplicity reformer, and so their commercialization will be realized within a few years.

Th

II. Objectives and Significance
Solid oxide fuel cell (SOFC) is developing as the clean and efficient power source generating electricity from multi-form fuels. SOFC has several distinct advantages: simplicity reformer, and so their commercialization will be realized within a few years.

This fuel cell can be used as big power generator combined with gas turbine for stationary applications, as mid-power generator for residential application with internally direct reformed fuel, as small power generator for portable power application. SOFC has two types with geometry, tubular and planar design. The tubular design has been applied form small to large scale power generation system. The planar design has also been studied for a long time and was developed in the developing countries, so there is a strong need for establishing key technologies in SOFC such as components and fabrication technology of tubular cell with higher power density, higher performance cell, and stack technology, etc.

Electrode and electrolyte are the important elements to make solid oxide fuel cell because these are closely related with power density, which strongly influences on the power efficiency. Especially, the anode should have higher strength and higher stability in the reduction environment. Nowadays, the research trend is changed from electrolyte supported cell structure to the anode-supported cell structure to reduce the operation of SOFC. The reduced operating temperature induces the reduction of electrolyte thickness Therefore, the development of porous anode support with high strength is very important for the intermediate temperature(IT)-SOFC. Addtionally, new anode materials are required to support a new electrolyte of IT-SOFC. Moreover, the technology of increasing surface area, which is closely related with mcreasing TPB(triple phase boundary), by nanomaterial in the cathode is another issue for the high performance of SOFC.

For solid oxide fuel cell system, the stack technologies should be developed. Solid oxide fuel cell stack consists of single cell, bipolar plate, and gas manifold, etc. Therefore, their components and the stack design are very important. In the stack design, the thermal resistance is one of key factors because the ceramic materials is weak in thermal shock, and also the efficient gas sealing and the high power density should be considered.

In this work, we developed the highly efficient cell and the small, compact stack technology and studied the basic technology of key components such as electrolyte, interconnect materials, fabrication process, stack design, and system. Through these works, we achieved the important technology for manufacturing of highly efficient flat tube cell, SOFC stack system, and high performance electrode. Finally, based on these results, we will develop the fabrication technology for kW class SOFC stack.
o Technical characteristic and advantage of flat tubular solid oxide fuel cell

o Establishment of the core technology for flat tubular solid oxide fuel cell and practical application & fabrication of the high efficiency stack module

o Enhancement of the reliability for flat tubular SOFC stack module o Scale up of the capacity and necessary reduction of manufacturing cost for flat tubular SOFC stack Nowadays the USA, Japan and Europe have the great interest in the development SOFC power plant. However, the BOP system will should be made to ensure the application of the SOFC. The objects of this research is to establish system technology for SOFC Power plant. Main goal is to come up with compact power plant system and components. SOFC power plant BOP system consists of several components such as reformer, PCS, After burner, hear exchanger. We obtained compact system lay out by the help of simulation. Also we design and manufacture ATR reformer, and integrated module composed of heat exchanger and catalytic burner. Finally we have designed 2kW SOFC system and integrated BOP Simulator.

The power conversion system of SOFC distributed power system supplies a power from the fuel cell to the load by boosting a low output voltage of fuel cell stack and producing the ac output voltage, where its power conversion efficiency is an important issue. In addition, the power conversion system with fuel cell controller adjusts the fuel cell output current and makes the fuel cell system keep operating within its high efficiency operation region, which improves the performance and durability of fuel cell. In this study, a high efficient power conversion system, fuel cell controller and power control strategy of the SOFC power system are developed to improve the performance and durability of fuel cell.

III. Contents and Scope of Project
SOFC power plant BOP system consists of several components such as refomler, PCS, After burner, hear exchanger. We obtained compact system lay out by the help of simulation. Also we design and manufacture ATR reformer, and integrated module composed of heat exchanger and catalytic bumer. Detail are as followings;
- Development of WHRS
- Development of monolith type ATR reformer
- Development of tail gas burner, start burner
- Development of dummy stack reactor
- Experiment of total BOP system
- Design of 2kW SOFC system
- Manufacture of BOP simulator

In this study, a power conversion system and fuel cell controller of the SOFC power system for residential application are developed. The power conversion system consists of a DC-DC converter and DC-AC converter. The fuel cell controller employed a high performance DSP and a CAN module immune to the harsh environment. The works done for the first year are as follow;
- Development of three phase DC-DC converter and high frequency link DC-AC
converter
- Development of power control scheme for the fuel cell power generation system

IV. Result and Recommendations
1. Development of 2kW class flat tubular solid oxide fuel cell
We have summarized the main results of R&D to develop the fabric ation technology of SOFC stack module during third year.

We have obtained the fabrication technology for high efficiency anode-support cell & stack and established the design of stack. Also, we have developed the coating process for electrolyte & electrode and the fabrication technology for compact stack module.

o Establishment of fabrication process for high efficiency unit cell
We have fabricated the thin film electrolyte by using vacuum slurry coating process.

Single cell which coated by thin electrolyte layer had higher performance (0.421W/㎠ at 750℃ and active area :120㎠).

o Establishment of current collection method for high efficiency electrode
We have optimized the current collection process: In the case of anode, we inserted Ni wire/ felt and Ni paste into the 4 anode holes and in the case of cathode, we used Ag wire and LSCo paste to increase the contact between Ag wire and LSCF. Also, in the case of stack, we in stalled metal zig to increase the efficient contact between unit bundles.

o Increase of the brazing capacity for the brazing process between cell and metal cap

o We have design and fabricated the compact fuel & air manifold for SOFC stack with the uniform distribution of fuel & air

o Successful fabrication of unit bundle and 2kW class anode-support flat tubular SOFC stack module

o Application of R&D results
- Residential Power Generation(RPG) for home, auxiliary power unit(APU) for car,
- Core and basic technology for small/large SOFC power generation system
- Basic technology of SOFC- gas turbine hybrid power generation system

2. Development of Hot Box BOP System for SOFC Power Plant
o The stack structure and manifolder are designed from a computational snalysis. Also the 3D simulation tool for flat tube SOFC is developed fo calculation stack performance including electrochemical reaction.

o The compact SOFC BOP system or RPG consists of several components such as reformer, PCS, After burner, hear exchanger are proposed.

o We developed unique ATR pre-reformer. According to experimental results, conversion efficient of 99%, and reformer efficiency of 80% has been achieved under stable operation

o The integrated module composed of heat exchanger and catalytic burner is developed to enhance system compactness.

o Finally we have designed 2kW SOFC system and integrated BOP Simulator

o Experimental results show that successful integration has brought good system efficiency. Total system efficiency reach to 78% without heat recirculation box.
Further improvement by the embedding heat recirculation box make it possible to reach system efficiency of 85%.

3. Development of a high efficient power conversion and control systems for SOFC distributed power generation system
A current-fed three phase half- bridge DC-DC converter is designed to step up the low output voltage of SOFC effectively. Since the current-fed three phase DC-DC converter is a sort of boost converter, the low voltage of stack is boosted easily and the transformer turn ratio, input inductor size, the output current ripple of stack are reduced. The voltage clamping circuit not only limits the voltage across the switch but also allows the switches at the primary turn on under zero voltage so that the switching losses can be reduced. In addition, the proposed power control scheme is designed to make the fuel cell system operate within the high efficiency operation region so that the perfornlance and durability of fuel cell can be improved.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 17
• 그림목차 ... 23
• 표목차 ... 32
• I . 고체산화물 연료전지(SOFC) 요소 및 스택 모듈 기술 개발 ... 34
• 제1장 서론 ... 36
• 제1절 연구 배경 및 목적 ... 36
• 제2절 연구 개발 필요성 및 목표/연구내용 ... 38
• 제2장 고체산화물연료전지(SOFC) 요소기술 개발 현황 ... 40
• 제1절 SOFC 산업의 특성 ... 40
• 1. 에너지 시장의 환경 변화와 전망 ... 40
• 2. 분산발전기술의 범위, 정의 및 현황 ... 42
• 3. 분산발전기술의 특징 및 전망 ... 45
• 4. 산업화 유망 기술로써의 SOFC 기술 ... 49
• 제2절 SOFC 산업의 현황 ... 53
• 1. 선진국의 산업 현황 ... 54
• 2. 국내 산업의 현황 ... 55
• 3. SOFC의 전망 ... 56
• 제3절 SOFC 구성요소인 연료극 연구 개발 현황 ... 59
• 1. 연료극 부품소재의 정의 및 특성 ... 59
• 2. 연료극 부품소재별 기술 개발 현황 ... 61
• 3. 연료극 소재 국내외 기술 개발 현황 ... 66
• 제4절 SOFC 구성요소인 세라믹 연결재 연구 개발 현황 ... 78
• 1. 세라믹 연결재의 정의 및 특성 ... 78
• 2. 국내외 산업 현황 분석 ... 87
• 3. 국내외 기술 개발 현황 ... 88
• 4. 산업화 발전 전략 ... 93
• 5. 산업화 전략(기술적， 경제적) ... 97
• 6. 요약 ... 98
• 제3장 2kW급 평관형(flat tube) 고체산화물연료전지 개발 ... 99
• 제1절 2kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 ... 99
• 1. 평관형 연료극 지지체식 고체산화물 연료전지 단전지 제조 및 특성 평가 ... 101
• 2. 연료극 지지체의 건조, 가소결 및 기능성막 코팅 ... 104
• 3. 전해질 코팅 및 코팅 특성 분석 ... 108
• 4. 공기극 코팅 및 단전지의 환원 ... 113
• 5. 단전지의 성능 테스트 ... 117
• 제2절 공기극인 LSM을 LSCF로 변경하기 위한 CGO 코팅 연구 ... 123
• 1. 서론 ... 123
• 2. 고체산화물 연료전지 LSCF 공기극 단전지의 제조 ... 123
• 3. 전해질 및 unit cell 성능 평가 ... 128
• 제3절 SOFC 전사모사 연구 개발 ... 137
• 1. SOFC 전산모사 연구 개발 소개 ... 137
• 2. 고체산화물 연료전지(SOFC) 재료 ... 138
• 3. 고체산화물 연료전지(SOFC) 형상 ... 139
• 4. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 연료 자유도(fuel flexibility) ... 141
• 5. 고체산화물 연료전지(SOFC) 모델 ... 142
• 6. 대표적인 수치해석 기슬(numerical technique) ... 149
• 7. 모델링에 대한 문헌 ... 150
• 8. 결론 ... 151
• 제4절 GNP법을 이용한 고체산화물 연료전지의 공기극용 La0.75Sr0.25FeO₃의 제조 및 특성 ... 152
• 1. 초록 ... 152
• 2. 서론 ... 152
• 3. 실험방법 ... 153
• 4. 결과 및 고찰 ... 154
• 5. 결론 ... 157
• 6. 참고문헌 ... 157
• 제5절 2kW급 평관형 고체산화물 연료전지 스택 설계 및 제작 ... 167
• 1. 압출된 평관형(flat tubular) SOFC 셀의 functional layer 및 공기극 dip coating 용량 증가를 위한 공정 확립 ... 167
• 2. 대형 단전지 제조 기술 개발 ... 167
• 3. 평관형 SOFC 스택 전류 집전 공정 개선 ... 168
• 4. 공기 및 연료가스 매니폴드 compact화 ... 170
• 5. 평관형 세라믹 SOFC 셀 및 금속캡 접합 ... 171
• 6. 2kW급 평관형 SOFC 스택의 설계 및 제작 ... 174
• 제6절 튜브형 SOFC 셀 가압 핵심원천기술 개발 ... 177
• 1. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 property 특성 분석 및 임계값 선정 ... 177
• 2. 가압 연료극 지지체 원통형 단전지 운전 시스템의 설계 및 운전 특성 파악 ... 179
• 제7절 GNP법으로 합성한 중·저온 고체산화물 연료전지의 전해질 LSGM8080과 14ESB(Bi0.86Er0.14O1.5)를 이용한 단위전지 실험 ... 182
• 1. 초록 ... 182
• 2. 서론 ... 183
• 3. 실험방법 ... 184
• 4. 결과 및 고찰 ... 186
• 5. 결론 ... 187
• 6. 참고문헌 ... 188
• 제4장 결론 ... 192
• 참고문헌 ... 194
• Ⅱ. 소형 SOFC 분산 발전장치의 Hot Box BOP 시스템 개발 ... 196
• 제1장 서론 ... 198
• 제1절 개요 ... 198
• 제2장 소형 SOFC 발전 시스템 설계/제작 ... 205
• 제1절 SOFC 발전 시스템 시스템 개요 ... 205
• 제2절 SOFC 발전 시스템 시스템 설계 해석 ... 211
• 제3절 Component 설계/제작 ... 239
• 제3장 실험 및 분석 ... 255
• 제1절 ATR 개질기 실험 ... 255
• 제2절 개질기 및 열교환기, 후연소버너, dummy stack 종합실험 ... 264
• 제4장 2kW SOFC BOP 시스템 설계/해석 ... 268
• 제1절 2kW 시스템 설계/해석 ... 268
• 제2절 2kW SOFC BOP simulator 제작 ... 272
• 제5장 결론 ... 274
• 참고문헌 ... 275
• Ⅲ. 소형 SOFC 분산발전장치의 고효율 전력변환 및 제어시스템 개발 ... 176
• 제1장 서론 ... 178
• 제1절 연구 배경 ... 278
• 제2장 전력변환장치 및 전력제어기법 ... 281
• 제1절 SOFC용 전력변환장치 개발 ... 281
• 제2절 연료전지 시스템의 전력제어기법 ... 290
• 1. 전력제어 전략 ... 291
• 2. 연료전지용 DC-DC 컨버터를 위한 디지털 제어기법 ... 293
• 제3장 결론 및 향후 계획 ... 297
• 제 1 절 결 론 ... 297
• 제 2 절 향후 계획 ... 297
• 참고문헌 ... 298
• Ⅳ. NT를 이용한 전극 소재 개발 ... 302
• 제1장 서론 ... 304
• 제2장 실험 방법 ... 306
• 제1절 지지체 및 전해 질 막 제조 ... 306
• 1. NiO-YSZ 음극기판 제조 ... 306
• 2. spin coating을 이용한 전해질 막 제조 ... 306
• 3. SOFC 단전지 제조 ... 308
• 제2절 특성 평가 방법 ... 309
• 1. 강도 ... 309
• 2. 열안정성 ... 310
• 3. 전기전도도 ... 310
• 4. 기체투과도 ... 310
• 5. SOFC 단전지 제조 및 평가 ... 311
• 제3장 실험 결과 및 고찰 ... 312
• 제1절 가소결 온도의 영향 ... 312
• 1. 가소결 온도에 따른 음극지지체의 변화 ... 312
• 2. 가소결 온도에 따른 전해질 층의 변화 ... 318
• 제2절 열처리 온도의 영향 ... 330
• 제4장 결론 ... 336
• 참고문헌 ... 337
• 끝페이지 ... 341