This paper is to study SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) technology which is becoming increasingly more important in recent power development market. I will propose the most suitable fuel cell type through efficiency analysis by type of fuel cell in operation. In this paper, I analyzed the characteristics of SOFC development, theoretical study of the system technology and the level of progress in SOFC technology for each generation. In conclusion, through analysis of the operation data of the installed and operating fuel cell power generation system, it was found that SOFC is 45% more efficient than PAFC and 25% more efficient than MCFC.

공유 유기 골격체(covalent organic frameworks, COF)는 기능성을 정밀하게 설계하고 제어할 수 있는 결정성 다 공성 소재로서, 차세대 연료전지 멤브레인으로 주목받고 있다. 표준 양성자 교환막인 나피온(Nafion)은 높은 비용과 좁은 가 용 범위 등의 한계에 직면해 있다. 본 논문은 COF를 다양한 고분자 매트릭스에 도입하여 이러한 단점을 극복하기 위한 최신 연구 전략을 심도 있게 다룬다. 특히 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC), 음이온 교환막 연료전지(anion exchange membrane fuel cells, AEMFC), 그리고 고온(high-temperature) PEMFC (HT-PEMFC)용 COF 기반 복합막의 설계와 성능 특성에 집중한다. 다양한 COF 기능화 및 복합화 전략을 통해 이온 전도도, 기계적 강도 및 운전 안정 성을 향상시킨 주요 연구들을 비평적으로 논하며, 연료전지의 전반적인 효율 향상에 대한 COF의 잠재력을 조명한다.

국제해사기구(IMO)의 선박 환경규제 강화에 따라 선박 배출 온실가스 저감을 위한 대체연료 및 새로운 추진시스템의 도입이 활발히 진행되고 있다. 특히 연료전지와 배터리를 결합한 하이브리드 전기추진시스템은 배출가스 제로 및 높은 에너지 효율을 통해 차세 대 친환경 선박의 주요 대안으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 이러한 전기추진시스템에 적용되는 암모니아 개질기의 선박 탑재를 위한 시험기준과 절차를 개발하고 그 타당성을 검증하였다. 암모니아는 저장 용이성, 운송 효율성 및 무탄소 배출 특성으로 인해 차세대 수소 공급원으로 주목받지만, 고온 개질기 필요, 독성 및 부식성, 잔류 암모니아 슬립 등 복합적 기술 문제와 안정성 확보 방안이 필수적이다. 이를 해결하기 위한 방안으로 본 논문은 실선 운항 조건을 반영한 4가지 핵심 시험항목(수소 생산량, 수소 순도, 잔류 암모니아 슬립, 경 사안정성)을 도출하고, 각 항목별로 시험환경, 절차, 측정기준, 수용기준을 포함한 정량적 시험방법론을 제시하였다. 해당 시험기준은 ISO 14687, IMO IGF Code 등 국제 기준을 기반으로 연계되며, 실선박에서의 신뢰성, 반복성, 실현가능성을 확보하기 위한 기반 자료로 활용 가 능하다.

In this study, static and dynamic analysis verification was performed to apply the fuel cell system to the E-PTO of the Wire aerial vehicle. First, structural analysis was performed to improve the weak points that occurred. Next, vibration analysis was performed on the fuel cell system for which structural safety review was completed according to the wide-band irregular vibration test standard. The analysis results showed that resonance occurred in a specific frequency band and local stress was high, so stiffness reinforcement was performed. After reinforcing the stiffness, stress was reduced through a decrease in transient response characteristics and resonance phenomenon.

온실가스 배출을 줄이기 위해 기존 선박에 사용되는 내연기관을 대체할 수 있는 다양한 기술이 제안되고 있으며, 그중에서도 고 효율·무배출 특성을 가진 연료전지가 유망한 대안으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 선박의 종류 및 규모에 따라 네 가지 유형의 선박을 선정하고, 기존 내연기관 기반 추진 시스템을 연료전지-배터리 하이브리드 추진 시스템으로 전환하는 방안을 검토하였다. 제안된 하이브리 드 추진 시스템은 주 전원으로 고분자전해질막연료전지(PEMFC), 보조 전원으로 Battery를 사용한다. PEMFC가 기본 부하(base load)를 담당하 고, Battery는 피크 부하(peak load)를 담당한다. PEMFC는 50kW 스택을 기본 단위로 모듈화하여 적용하였으며, 시스템 전체 크기, 연료전지와 배터리의 비율, 주변 기기와의 연계 등을 고려하여 각 선박 유형에 적합한 시스템 구성을 도출하였다. 연구 결과, 선박의 종류와 운항 특성 에 따라 PEMFC-Battery hybrid propulsion system의 구성이 달라져야 함을 확인하였다. 항해가 길어질수록 PEMFC의 비중을 높이는 것이 필요 하며 액화수소의 사용이 강제화된다. 또한 항해 구역과 긴급 상황에 대응할 수 있도록 시스템의 단일/이중화 여부 또한 고려되어야 한다. 선 박 규모에 따라 적정한 추진 전동기와 주변 기기 설치를 고려해야 한다. 이러한 운항 조건과 설계 요소를 반영한 PEMFC-Battery hybrid propulsion system은 다가오는 배출 규제를 충족할 수 있으며, 해양 분야 탈탄소화를 위한 실현 가능한 대안이 될 수 있다.

본 연구에서는 유기계 산화 방지제인 가려진 페놀이 그래프팅된 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성하였고, 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조하여 고분자 전해질 막 연료전지에 응용하 였다. HP-GO는 3,5-디-tert-뷰틸-4-히드록시페닐프로피오닐 클로라이드에 존재하는 염화 카보닐기(carbonyl chloride)와 GO에 존재하는 히드록시간의 치환 반응을 통해 합성되었으며, 합성된 HP-GO를 고분자 기지체 대비 0.01~0.5 wt%까지 포함하는 복합 막을 제조하여 순수 Nafion과의 물성 차이를 비교하였다. 특정 함량의 HP-GO가 첨가된 복합 막은 순수 Nafion에 비해 우수한 인장강도와 수분 흡수율 및 치수안정성을 나타내었다. 특히 HP-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HP-GO가 첨가된 복 합 막은 장시간의 펜톤 평가(Fenton’s test) 이후 순수 Nafion 대비 높은 산화 안정성을 나타내었다. 또한 HP-GO에 의한 향상 된 수분 흡수율에 의해 복합 막은 전 습도 구간에서 순수 Nafion 대비 우수한 수소 이온 전도도를 나타내었다.

본 연구에서는 산화 방지 특성이 있는 가려진 페놀기를 도입한 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성한 후 탄화수소계 고분자인 sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)을 기지체로 사용한 복합 막을 제조하여 고분자 연료전지 시스템에 응용하고자 하였다. HP-GO는 GO 표면의 하이드록시기(hydroxy group)와 HP의 염화 카 보닐(carbonyl chloride) 간의 친핵성 아실치환 반응을 통해 합성되었으며, HP-GO의 비율을 다르게 첨가한 복합 막을 제조한 후 선형 SPAES 막과의 비교를 통해 성능 특성 변화를 확인하였다. 특정 함량의 HP-GO를 첨가한 복합 막의 경우 선형 SPAES 막에 비해 체적 안정성과 기계적 강도 및 수소 이온 전도도가 증가된 것을 확인할 수 있었으며, 펜톤 평가(Fenton’s test) 진행 후 막 분해 시간 및 잔여 막 무게 비율이 증가되는 경향을 통해 화학적 내구성 역시 증가한 것을 확인할 수 있었다.

체인 형태의 코발트(Co) 메조스피어를 템플레이트로 활용하여 금(Au) 및 팔라듐(Pd) 전구체와의 2단계 갈바닉 치환 반응을 통해 비백금 기반의 AuPd 복합 촉매를 합성하였다. NaAuCl4 전구체로부터 합성된 AuPd-Cl(50) 촉매는 높은 비표면적과 다공성 구조를 통해 산소환원반응(ORR)에서 우수한 촉매 활성을 나타냈으며, 상용화된 Pt-20/C 및 Pd-20/C 촉매 대비 낮은 개시(onset) 전위와 높은 한계 전류 밀도 및 향상된 n 값을 보였다. Koutecky-Levich plot 분 석 결과, ORR이 4-전자 전달 메커니즘에 근접함을 확인하였으며, 메탄올 내성과 안정성 실험에서도 우수한 성능을 보였다. AuPd-Cl(50) 촉매는 경제적이고 효율적인 백금 대체 촉매로서 알칼리 연료전지 및 메탄올 기반 연료전지 응 용 가능성을 제시한다.

In this study, flow analysis was performed using ANSYS CFX to evaluate the performance of the 30kg hydrogen fuel cell hexa-copter drone in hovering flight. In the case of a hydrogen fuel cell hexa-copter drone, a total of four cooling fans are mounted on the drone's body in two pairs on the left and right to cool the fuel cell module. In order to evaluate the effect of the air flow from the cooling fan on the aerodynamic properties of the hydrogen fuel cell drone as the mounted cooling fan operates, the change in thrust for the case where the cooling fan operates and does not operate was compared and analyzed. Looking at the analysis results, it was found that the presence or absence of the drone's cooling fan had little effect on the drone's thrust through the thrust results for the six wings.