Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Lee, Kang TaK | - |
| dc.contributor.author | Jung, Yong Min | - |
| dc.date.accessioned | 2017-05-10T08:54:04Z | - |
| dc.date.available | 2017-01-18T00:00:00Z | - |
| dc.date.issued | 2017 | - |
| dc.identifier.uri | http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002326558 | en_US |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/20.500.11750/1520 | - |
| dc.description.abstract | Homogeneously distributed nanocomposite Nickel oxide-yttria stabilized zirconia (NiO-YSZ) powders were synthesized by water-in-oil (W/O) micro-emulsion method for solid oxide fuel cells. The particles synthesized by W/O micro-emulsion procedure with the calcination temperature of 500 oC, showed fine microstructures with a particle size less than 50 nm. Electrochemical performances were improved by the nanocomposite anode synthesized by micro-emulsion, compared with the results obtained by the conventional anode. The maximum power density of a single cell with micro-emulsion synthesized Ni-YSZ anode showed a higher maximum power density, 359 mW cm-2, compared with that of a single cell composed of conventional Ni-YSZ anode, 204 mW cm-2, at the operating temperature of 850 oC. The electrode resistance of a single cell fabricated by micro-emulsion had a value of 0.44 Ω cm2, which was much smaller than the value of conventional cell, 1.14 Ω cm2, at the same operating temperature with I-V analysis. The enlarged TPB length obtained by the microemulsion synthesized Ni-YSZ anode composed of uniformly distributed nano-grains might be the reason of the improved electrochemical performance of a single cell. Further studies were done to optimize the micro-emulsion procedures for improved cell performances. Three types of micro-emulsion synthesized NiO-YSZ powders, W10N10, W5N15, W0N20, with different alkali concentrations, were discussed. Particle size of W0N20 decreased to 30nm compared with the value of W10N10, around 40nm. Moreover, specific surface area of W0N20 drastically increased to 42.27 m2/g, from the value of W10N10, 14.98 m2/g. However, the maximum power density of a single cell was not affected by the alkali concentrations. The electrode resistance of a single cell with W0N20 showed a higher value of 0.65 Ω cm2, compared with the value of a single cell with W10N10, 0.44 Ω cm2, at the open circuit voltage with the operating temperature of 850 oC, although the particle size of W0N20 is smaller than that of W10N10. The reduced TPB length caused by the agglomeration of too small particles might be the reason of the electrochemical performances of single cells. ⓒ 2017 DGIST |
- |
| dc.description.tableofcontents | 1. INTRODUCTION 1-- 2. RESEARCH BACKGROUND 3-- 2.1. FUEL CELLS 3-- 2.1.1. Definition and principle of fuel cells 3-- 2.1.2. Types of fuel cells 3-- 2.2. SOLID OXIDE FUEL CELLS (SOFCS) 4-- 2.2.1. Definition and properties of SOFCs 4-- 2.2.2. Properties of SOFC anode 4-- 2.2.3. Research trends of SOFC anode 5-- 2.3. MICRO-EMULSION 5-- 2.4. EFFECTS OF ALKALI CONCENTRATIONS 6-- 3. EXPERIMENTAL PROCEDURES 13-- 3.1. SYNTHESIS OF NIO-YSZ NANOCOMPOSITE POWDERS 13-- 3.2. FABRICATION OF AN ELECTROLYTE-SUPPORTED SINGLE CELL 14-- 3.3. CHARACTERIZATIONS AND ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE TESTS 14-- 4. PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NI-YSZ NANOCOMPOSITE ANODE FOR SOLID OXIDE FUEL CELLS BY WATER-IN-OIL MICRO-EMULSION METHOD 18-- 4.1. INTRODUCTION 18-- 4.2. RESULTS AND DISCUSSION 19-- 4.2.1. Phase diagram of micro-emulsion method 19-- 4.2.2. Thermo-gravimetric analysis 19-- 4.2.3. Phase analysis 20-- 4.2.4. Morphology analysis 20-- 4.2.5. Electrochemical performances 21-- 4.3. CONCLUSIONS 22-- 5. EFFECTS OF ALKALI CONCENTRATIONS ON THE PROPERTIES OF NI-YSZ NANOCOMPOSITE ANODE PREPARED BY WATER-IN-OIL MICRO-EMULSION METHOD 35-- 5.1. INTRODUCTION 35-- 5.2. RESULTS AND DISCUSSION 36-- 5.2.1. Phase diagram of micro-emulsion method 36-- 5.2.2. Phase analysis 36-- 5.2.3. Morphology analysis 37-- 5.2.4. Electrochemical performances 37-- 5.3. CONCLUSIONS 38-- 6. CONCLUSION 47 |
- |
| dc.format.extent | 52 | - |
| dc.language | eng | - |
| dc.publisher | DGIST | - |
| dc.subject | SOFCs | - |
| dc.subject | Nanocomposite | - |
| dc.subject | Ni-YSZ | - |
| dc.subject | W/O micro-emulsion | - |
| dc.subject | Alkali concentrations | - |
| dc.subject | 고체산화물 연료전지 | - |
| dc.subject | 나노복합체 | - |
| dc.subject | W/O 마이크로에멀젼 | - |
| dc.subject | 알칼리 농도 | - |
| dc.title | Synthesis and characterization of nanocomposite Ni-YSZ anodes by water-in-oil micro-emulsion for solid oxide fuel cells | - |
| dc.title.alternative | W/O 마이크로에멀젼을 통한 나노컴퍼지트 Ni-YSZ 음극 제조와 고체산화물 연료전지의 성능 향상을 위한 알칼리 농도의 최적화 | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.identifier.doi | 10.22677/thesis.2326558 | - |
| dc.description.alternativeAbstract | 고체산화물 연료전지의 음극 제조를 위해 활용될 균일하게 분산된 나노복합체의 NiO-YSZ 파우더가 W/O 마이크로에멀젼을 통하여 제조되었다. W/O 마이크로에멀젼을 통해 제조된 파우더는 입자크기가 50 nm 이하인 미세한 구조를 가지는 것으로 확인되었다. 동시에 마이크로에멀젼으로 제조한 파우더에 불순물 상이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이후, 마이크로에멀젼을 통해 나노복합체 Ni-YSZ 음극을 제조하였고, 제조된 결과물이 고체 산화물 연료전지의 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 850도의 작동 온도에서 마이크로에멀젼을 통해 제조된 Ni-YSZ 음극으로 구성된 연료전지의 MPD는 359 mW/cm2 으로 확인되었고, 이는 단순히 기계적으로 볼밀링 과정을 통해 제조된 Ni-YSZ 음극으로 구성된 연료전지가 가지는 204 mW/cm2 에 비해 크게 향상된 값이다. 같은 작동 온도에서 연료전지의 전극 저항을 확인하였을 때, 마이크로에멀젼을 통해 제조된 연료전지는 0.44 Ωcm2, 볼밀링 과정을 통해 제조된 연료전지는 1.14 Ωcm2의 값을 보이는 것을 확인하였다. 마이크로에멀젼을 통해 제조된 Ni-YSZ 음극은 균일하게 분산되어 있는 나노입계로 구성되어있고, 그로 인한 삼상계면의 증가가 연료전지의 전기화학적 성능의 향상을 가져온 것으로 여겨진다. 추가적으로, 보다 더 미세한 NiO-YSZ 파우더를 제조하고, 그를 통한 고체산화물 연료전지의 전기화학적 특성을 향상시키기 위해 알칼리 용액 농도를 조정하는 마이크로에멀젼의 최적화 과정을 진행하였다. 마이크로에멀젼을 통해 제조된 세 가지 종류의 NiO-YSZ 파우더인 W10N10, W5N15, W0N20을 다루었다. 먼저, 알칼리 용액의 농도가 진해짐에 따라 NiO-YSZ 파우더의 입자 크기가 더욱 작아지는 것을 확인하였다. 알칼리 농도가 가장 진한 W0N20 파우더의 경우 입자 크기가 30nm 정도까지 작아진 것을 확인하였다. 동시에 비표면적 또한 알칼리의 농도가 진해짐에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 세 가지의 알칼리 농도에 따라 제조된 NiO-YSZ 파우더 모두, 불순물 상이 존재하지 않는 것을 확인하였다. 제조된 파우더를 활용하여 나노복합체 Ni-YSZ로 구성된 고체산화물 연료전지를 제조하였고, 알칼리 농도를 변화시키는 것이 고체산화물 연료전지의 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 알칼리 농도가 변화함에 따라 파우더의 입자 크기와 같은 음극의 미세 구조가 달라지는 것을 확인하였으나, 연료전지의 MPD 값은 알칼리 농도에 거의 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 연료전지의 전극 저항을 확인하였을 때에는 오히려, 입자 크기가 더 작은 W0N20으로 구성된 전지의 저항인 0.65 Ωcm2이 W10N10으로 구성된 전지의 0.44 Ωcm2에 비해 더 큰 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다. W0N20 파우더의 너무 작은 입자들의 경우 서로 뭉쳐지려는 경향이 더 크게 나타나게 되고, 그로 인한 삼상계면의 감소가 연료전지의 성능을 오히려 저하시킨 것으로 생각하였다. ⓒ 2017 DGIST | - |
| dc.description.degree | Master | - |
| dc.contributor.department | Energy Systems Engineering | - |
| dc.contributor.coadvisor | Lee, Chan Woo | - |
| dc.date.awarded | 2017. 2 | - |
| dc.publisher.location | Daegu | - |
| dc.description.database | dCollection | - |
| dc.date.accepted | 2017-01-18 | - |
| dc.contributor.alternativeDepartment | 대학원 에너지시스템공학전공 | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Jung, Yong Min | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Lee, Kang TaK | - |
| dc.contributor.alternativeName | 정용민 | - |
| dc.contributor.alternativeName | 이강택 | - |
| dc.contributor.alternativeName | 이찬우 | - |
- Files in This Item:
-
기타 데이터 / 4.61 MB / Adobe PDF
download
- Appears in Collections:
- Department of Energy Science and Engineering Theses Master
Items in Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.