450 ° C의 저온에서 전기를 생성 할 수있는 Microsolid 산화 안전한 바카라 사이트 전지

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")고급 제조 프로세스 연구 부서[Murayama Nobumitsu 리서치 디렉터] 기능적 통합 모듈화 연구 그룹의 수즈키 토시오 (Suzuki Toshio)의 수석 연구원 (Fujishiro Yoshinobu), 미국 Nigel Sammes 교수 등은 다양한 하이드카르 보르 퓨즈를 직접 개혁하여 사용할 수있는 마이크로 기반 촉매 계층을 추가했습니다소프트 산화 안전한 바카라 사이트 전지(Micro SOFC)가 개발되었습니다 이를 통해 450 ° C 이하의 저온 영역에서도 메탄 안전한 바카라 사이트를 사용하여 직접 발전을 개선 할 수 있습니다

 

SOFC는 높은 작동 온도 (700-1000 ° C) 및에너지 변환 효율| 안전한 바카라 사이트 전지 중에서 가장 높습니다 그러나, 그것은 주로 대형 및 고정식 전원과 같은 응용 프로그램으로 제한되기 때문에 AIST는 마이크로 SOFC를 연구하고 개발하여 고도로 요구되는 소규모 전원에 적용될 수 있습니다 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 사용하는 기술은 이러한 응용 분야에서 중요하지만 지금까지 안전한 바카라 사이트 개혁은 600 ° C 미만의 온도에서 충분히 진행되지 않았으며 직접 전력 생성이 어려워서 사용하기가 어렵 기 때문에 작동 온도를 낮추는 것이 주요 문제가되었습니다

이번에는 니켈 기반 안전한 바카라 사이트를 갖춘 튜브 형 MicrosofC의 내부 벽에 나노 미터 크기의 CERIA 층을 구성함으로써 메탄과 증기 안전한 바카라 사이트를 사용하여 저온 범위의 직접 전극 개혁 기술을 성공적으로 개발했습니다 더욱이, 세계에서 직접 안전한 바카라 사이트 개혁에 의한 발전이 450 ° C의 저온 범위에서도 가능하다는 것을 보여준 것은 세계 최초의 것이었다 또한, 개발 된 세포 구조는 다양한 탄화수소 안전한 바카라 사이트에 적합한 개혁 촉매 설계 및 적용을 허용하며, 소형 SOFC 시스템은 저온에서 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 직접 활용할 수있는 저온에서 실현 될 수있어 신생 에너지를 줄일 수 있습니다

이 업적 중 일부는 영국 과학 저널 Energy & Environmental Science에 출판되었습니다 세부 사항은 1 월 23 일부터 28 일까지 미국 플로리다에서 개최 된 고급 세라믹 및 복합재에 대한 제 35 차 국제 컨퍼런스 및 박람회에서 발표 될 예정입니다

그림 1 셀 개요

안전한 바카라 사이트 전지는 안전한 바카라 사이트를 전기 에너지로 직접 변환하는 장치이며, 높은 에너지 전환 효율을 달성 할 수 있기 때문에 차세대 에너지 원일 것으로 예상됩니다 사용 된 재료에 따라 다양한 유형의 안전한 바카라 사이트 전지가 개발되었으며, SOFC는 이들의 가장 높은 에너지 전환 효율입니다 SOFC는 전적으로 세라믹 재료로 만들어진 안전한 바카라 사이트 전지이며, 작동 온도는 700-1000 ° C에서 높기 때문에 대규모 발전 시설의 응용으로 제한됩니다 거기가정 분산 전원 공급 장치,모바일 전자 장치 용 전원 공급 장치,자동차 용 보조 전원 공급 장치와 같은 수요가 높은 지역에서는 SOFC의 새로운 적용이 수행되고 있습니다 그러한 응용 프로그램 개발을 진행하면서빠른 시작 작업및 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 사용하여 저온 작동을 가능하게하는 다중 안전한 바카라 사이트 활용 기술을 사용하는 다중 안전한 바카라 사이트 활용 기술입니다 지금까지는 안전한 바카라 사이트 개혁이 기존의 니켈 안전한 바카라 사이트 전극으로 충분히 진행되지 않기 때문에 600 ° C 미만의 온도에서 직접 발전이 어려워졌습니다 특히, 장비의 소형화를 위해, 500-600 ° C의 저온에서 전극에서 직접 안전한 바카라 사이트 개혁을 가능하게하고 동시에 전기를 생성하는 고성능 SOFC 기술을 실현하는 것이 바람직하다

AIST는 빠른 스타트 업 성능을 향상시키고 구성 요소의 비용 절감을 허용하는 Micro SOFC의 모듈 식 연구 및 개발 작업을 해왔으며, 이는 소규모 전원에 적용하는 것을 목표로합니다 특히, 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 기관의 프로젝트 인 "Ceramic Reactor Development"(2005-2009)는 650 ° C 미만의 작동 온도에서 SOFC의 실제 적용에 대한 연구를 수행했으며 Ceria 기반 및 지르코니아 기반 재료를 사용하여 빠른 스타트 업 작업에 사용할 수있는 MicrosoFC를위한 번들 스태킹 기술을 성공적으로 개발했습니다 이번에는 메탄 안전한 바카라 사이트를 직접 개혁 할 수있는 새로운 microsofC를 개발하기 위해 노력했습니다

작동 온도가 낮아지면 SOFC의 성능이 급격히 떨어지므로 AIST는 수소 안전한 바카라 사이트를 사용 하여이 문제를 극복하고 약 600 ° C의 저온에서 10W/cm를 사용합니다²고출력 생성을 가능하게하는 새로운 전극 기술을 개발해 왔습니다 (2009 년 9 월에 발표) 반면, SOFC 시스템의 시작 시간을 단축하고 시작 에너지를 줄이려면 작동 온도의 추가 감소가 필요합니다 또한, SOFC의 적용을 촉진하기 위해, 고 에너지 밀도 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 사용하는 소형 시스템이 실현 될 것으로 예상된다 그러나, 메탄과 같은 탄화수소 안전한 바카라 사이트, 특히 600 ° C에서의 개혁 반응이 발생하기 어려운 저온 영역에서, 전극 활성의 악화로 인해 수소 안전한 바카라 사이트의 경우와 달리 전력 생성 성능이 크게 떨어지고,이 문제를 해결하는 것이 바람직하다

이러한 배경에 비해, 우리는 지금까지 개발 한 튜브 형 Microsofc 기술을 개발했으며, 새로운 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 직접 사용할 수 있도록 안전한 바카라 사이트 개질 기능을 갖는 촉매 층이 제공되는 직접 전극 개혁 기술을 개발했습니다 기존의 평면 판 셀에서, 전류를 수집하기위한 상호 연결 재료는 안전한 바카라 사이트 전극의 표면에 연결되어 셀의 안전한 바카라 사이트 개혁을위한 기능적 층을 직접 제공하기가 어렵 기 때문에, 따라서 안전한 바카라 사이트 개혁자가 SOFC 모듈 근처에 설치되는 시스템 구성이 채택된다 한편, 튜브 타입 microsofC에서, 전류는 안전한 바카라 사이트 전극 튜브의 끝의 표면에서 수집되므로, 다양한 구성의 기능적 층이 안전한 바카라 사이트 전극 표면에 적용될 수있다

이번에 생성 된 튜브 타입 microsofc는 Ceria Ceramics 및 안전한 바카라 사이트 측 전극 재료의 전해질 재료로 사용됩니다Nickel-Ceria Series도자기, 공기 측 전극 재료Lantern Cobalt-Ceria Series세라믹이 사용되었습니다 나노 미터 크기의 CERIA 개혁 촉매 층을 안전한 바카라 사이트 전극의 내부 벽 표면에 적용하여 직경이 18mm 인 튜브 형 microsofC를 제조 하였다 (도 2)

그림 2 : 나노 미터 크기의 CERIA 촉매 층이 부착 된 튜브 타입 microsofc의 단면 및 촉매 층 표면

기능성 촉매 층으로서 적용된 CERIA 촉매 층을 갖는 마이크로 소프크 및 MicrosoFC가없는 것들을 MicrosoFC를 사용하지 않는 경우 메탄 및 증기의 혼합 가스를 사용하여 약 450 ℃에서 시험하였고, Ceria catalyst 층을 갖는 Ceria catalyst 층과 비교하여 Ceria catalyst 층을 갖는 Microsofc가 Ceria catalys를 사용하여 극적으로 개선되었다는 것을 확인 하였다 전 세계에서 직접 안전한 바카라 사이트 개혁에 의한 발전이 500 ° C 이하의 저온 범위에서도 달성 될 수 있습니다 (그림 3) CERIA 촉매 층이 적용되지 않으면 메탄 기반 안전한 바카라 사이트를 직접 사용하면 전자력이 약 450 ℃에서 약 06V에서 작고 (그림 3), 여러 MW/CM²였지만 Ceria 촉매층을 사용하면 01W/CM보다 약 30 배 더 실용적입니다²의 출력 확인되었습니다 또한, 약 500 ℃ 및 550 ℃, 각각 04W/cm에서²및 045W/cm²의 출력 밀도 얻어졌다 (그림 4) 또한, 저온 영역에서도, 우리는 현재 메탄을 포함한 다양한 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 사용하여 수소 안전한 바카라 사이트와 동등한 출력 성능을 개선하기 위해 다양한 촉매 층을 제공하는 전극 기술의 연구 및 개발을 수행하고 있습니다

이번에 개발 된 microsofc에서 기능적 촉매 층을 할당하는 프로세스는슬러리 코팅 방법사용됩니다 이 공정을 사용함으로써, 다양한 탄화수소 안전한 바카라 사이트에 적합한 촉매 층을 제공 할 수 있으며, 또한 촉매 층은 캐소드 소환과 동시에 소환 될 수 있으며, 이는 비용 측면에서 이점이있다 따라서, 다양한 탄화수소 안전한 바카라 사이트를 직접 사용할 수있는 소형 SOFC 시스템의 실현이 가속화 된 것으로 여겨진다

그림 3 : 튜브 형 microsofcs의 약 450 ° C에 대한 촉매층의 존재 또는 부재에 기초한 성능 비교

그림 4 : 촉매 층이있는 튜브 타입 microsofc에서 메탄-수기 증기를 직접 사용하여 전력 생성 성능의 작동 온도 의존성 (a) 약 550 ℃ (c) 약 450 ℃

앞으로 우리는 다양한 탄화수소 안전한 바카라 사이트에 대한 촉매층을 설계하고 최적화 할 것이며, 지금까지 개발 한 SOFC 모듈화 기술을 우리가 개발 한 튜브 형 microsofC에 적용함으로써 스타트 업 에너지를 줄이고 빠른 스타트 업을 개선하고 차세대 연합을 사용하여 소규모 전원 으로이 시스템을 확산시키는 작은 SOFC 시스템을 개발할 것입니다

독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소
기능적 통합 모듈화 연구 그룹의 고급 제조 프로세스 연구 부서
최고 연구원 수즈키 토시오 이메일 :
리서치 그룹 헤드 Fujishiro Yoshinobu 이메일 :

◆ 소프트 산화물 안전한 바카라 사이트 전지 (SOFC)

안전한 바카라 사이트 전지는 수소와 산소의 화학적 반응으로 직접 전기를 생성 할 수있는 매우 효율적이고 깨끗한 발전 방법으로 광범위하게 개발되고 있습니다 그 중에서도 SOFC는 산화물을 사용하는 안전한 바카라 사이트 전지이며 일반적으로 700-1000 ° C에서 작동합니다 다양한 안전한 바카라 사이트 전지 중에서 가장 효율적이고 내구성이 뛰어나며 배기 열을 사용하여 전체 효율이 매우 높아 실용적으로 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에너지 변환 효율

입력 한 안전한 바카라 사이트의 에너지 (화학 에너지)에서 전환 된 전기 에너지의 비율[참조로 돌아 가기]

◆ 분산 가계 전원 공급 장치

홈 건물에 설치되고 각 가정에서 독립적으로 운영되며 전기를 공급할 수있는 전원[참조로 돌아 가기]

◆ 모바일 전자 장치의 전원 공급 장치

이동 및 휴대용 전자 장치 (휴대폰, 랩톱 등)의 전원 공급 장치[참조로 돌아 가기]

◆ 보조 전원 공급 장치 (APU)

자동차의 성능과 기능이 증가함에 따라 자동차에는 더 많은 전기가 필요합니다 이 경우 필요한 전력을 공급하기위한 보조 전원입니다 하이브리드 차량을 시작하거나 가속 할 때 보조 전원을 사용하거나 트럭에 설치된 고출력 소비 장치 (예 : 냉장고)를 작동시킬 때 유휴 및 공기 오염 물질 배출량을 최소화 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 빠른 시작 작업

SOFC를 작동하려면 온도를 필요한 온도로 올려야합니다 이 경우 시간이 걸리지 않고 온도를 빠르게 높이고 멈출 수 있다면 사용하기에 효율적입니다 반면, 빠른 온도 상승과 정지는 큰 열 왜곡을 유발하여 세라믹 구조를 손상시킬 수 있습니다 따라서 빠른 시작 및 정지 작동을 가능하게하는 것은 SOFC의 주요 기술 문제입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 니켈 세리아 유형

니켈 (NI) 및 CEO₂)에 기반한 세라믹의 혼합물이며, SOFC의 안전한 바카라 사이트 전극 재료로 일반적으로 사용되는 재료입니다[참조로 돌아 가기]

◆ Lantern Cobalt-Ceria 시리즈

PEROVSKITE- 타입 산화물 및 CERIA (CEO₂) 기반 세라믹의 혼합물이며 높은 전자 전도도를 나타냅니다 일반적으로 SOFC의 음극 재료로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 슬러리 코팅 방법

용액에 세라믹 미세 입자가 고도로 분산되는 용액을 슬러리라고 하며이 용액을 사용하여 기판에서 코팅하는 방법을 지칭합니다 이 방법은 세라믹 미세 입자가 단순하고 저렴한 비용으로 기판에 얇고 균일하게 적용 할 수 있도록합니다[참조로 돌아 가기]