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Study on wet-chemical coating fabrication process to develop metal-supported solid oxide fuel cell = 금속지지체형 고체산화물 연료전지 개발을 위한 용액 코팅 제작 공정에 관한 연구
서명 / 저자 Study on wet-chemical coating fabrication process to develop metal-supported solid oxide fuel cell = 금속지지체형 고체산화물 연료전지 개발을 위한 용액 코팅 제작 공정에 관한 연구 / Kunho Lee.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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This dissertation addresses the metal-supported solid oxide fuel cell (SOFC) fabrication process. The main pur-pose of this dissertation is to develop a solution and coating process for depositing a dense electrolyte layer on a porous surface. The metal-supported SOFC fabricated by the solution coating process is also analyzed. The so-lution coating process for depositing a dense layer on a porous surface was experimentally investigated using PVP (polyvinyl pyrrolidine) and nanoparticles. PVP, which has a long coiled-chain structure, can increase solu-tion viscosity and relieve stress, while nanoparticles can control stress and reduce cracks. OCV (open circuit voltage) and SEM (scanning electron microscope) measurements confirmed that the solution-coated layer was dense throughout. Subsequently, studies on fabricating metal-supported SOFCs based on this new concept were conducted. To this end, a perforated Crofer22APU substrate, sol-gel coating and interconnect coating material were applied. Various experiments confirmed that the proposed metal-supported SOFCs were successfully de-veloped. EIS measurements of the fabricated single cell confirmed that a sufficiently dense electrolyte was fab-ricated, with a power density of 230 $mW/cm^2$. Then, to improve the performance of the metal-supported SOFCs, a wet infiltration technique was applied for the anode. Furthermore, the metal hole array was modified to im-prove the fuel supply considering the thermal stress. All the modified components were re-applied to fabricate a metal-supported SOFC. The newly developed fabrication process was successful using the modified compo-nents. The resulting performances were 315 $mW/cm^2$ at 700$\circ C$ and 150 $mW/cm^2$ at $600 \circ C$. Moreover, through measurements of long-term stability, a fully dense electrolyte was successfully fabricated, and the newly de-signed anode operated effectively. Finally, fabrication and evaluation of a large-area cell validated the newly developed fabrication process.

금속 지지체형 고체산화물 연료전지는 세라믹 지지체형의 기계적인 강도를 향상하여 운송용 시스템에 응용하기 위해 개발되었다. 하지만, 금속판의 경우 제작 시 소결에 의한 수축이 발생하지 않아 치밀한 전해질 도포를 위하여 생산성이 낮은 진공 박막 공정을 이용해야하는 문제점을 지니고 있다. 때문에, 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 생산성이 우수한 용액 코팅 공정에 관한 연구와 구성 요소 설계를 심도 있게 진행하였다. 먼저, 다공성 표면상에 치밀한 전해질 막을 저온에서 제작하기 위하여 솔-젤 코팅 공정을 연구하였다. 이후 유한요소법을 이용하여 금속판의 구멍 배열을 설계하고, 촉매 용액을 함침한 연료극의 전기 화학 특성 평가를 진행한 후 적용 가능성을 확인하였다. 그리고 설계한 모든 요소를 적용하여 우수한 성능과 내구도를 지니는 단전지를 성공적으로 개발하였다. 또한, 대면적 단전지를 제작하고 평가함으로 써 본 연구에서 개발한 제작 공정에 대하여 추가적이고 완전하게 검증하였다.

서지기타정보

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청구기호 {DME 17056
형태사항 vi, 130 p. : 삽화 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이건호
지도교수의 영문표기 : Joong Myeon Bae
지도교수의 한글표기 : 배중면
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References: p. 124-130
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