This work is supported by an agreement with Syracuse University awarded by the Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems with funding under prime award number DE-EE0006031 from the US Department of Energy and matching funding under award number 53367 from the New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA), contract 61736 from NYSERDA, and an award from Empire State Development's Division of Science, Technology and Innovation (NYSTAR) through the Syracuse Center of Excellence, under award number #C120183. This work is supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant No. 1247399.

1. 연소 계산 <ol><li> 분석을 위해 연료를 선택합니다. 여기서, 상기 기준 연료로서 메탄을 선택하지만 원리는 다른 탄화수소 연료의 양도. </li><li> 화학 양 론적 연소를위한 연료로 메탄 1 몰, 대차 식 (1)로 방정식을 얻을 수 (2). <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> 공기의 질량에 의해 메탄의 질량을 나눔으로써 화학량위한 연료 공기 비율 (F / A stoich.) 메탄 연소를위한 수학 식 3과 같이 계산. 계산하려면 분자 메탄 배의 몰수 메탄의 몰 질량 (16g · 몰 -1)와 분모 산소 배의 몰수의 산소의 몰 질량 (32g · 몰 -1) 플러스 질소 배의 몰수 질소의 몰 질량 (28g · 몰 -1). <img alt="식 (3)"SRC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot;/&gt; </li><li> 당량비 (식 4)를 변화시키기 위해, 공기 유량, 연료 유량 또는 동시에 둘 다를. 일반적으로 수량 중 하나를 수정하고 다른 다릅니다. 버너의 연료 또는 공기 흐름 속도를 수정할지 여부를 결정합니다. 이 실험을 위해, 10 L / 분에서 연료 유속을 고정하고, 공기 유량이 설정에서 다양 할 수있다. <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> 고정 연료 유량, F (/ 분으로 10 L), F / A와 금욕. (0.0583)을 계산하고, 당량비의 정의를 소정의 공기 유량을 계산 A, 각각의 당량비가 테스트 될 때까지. 식 (5) 각각의 당량비에 대한 L / 분으로 공기 유량을 산출하는 직접적인 방법을 제공하며, 그 결과를 화학량 1의 당량비를 위해 도시된다. <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> 참고 : 위 FLAMM기능 제한 (또는 폭발 상한값)는 촉매의 부재하에 화염 담금질없이 레코딩 할 수있는 부유 당량비이다. 더 높은 당량비는 촉매를 사용하여 수득 될 수 있지만, 비 촉매 연소는이 문서에서 설명된다. 선택된 연료에 대한 상부 가연성 한계를 평가하기 위해 문헌을 참조하십시오. </li></ol> 2. 연소 특성 실험 설정 <ol><li> 단계 150에서 획득 된 유량에 기초하여 메탄과 공기 질량 흐름 제어기 (MFC의)을 선택한다. MFC 크기를 선택할 때 MFC는 범위의 로우 엔드에서 작동되지 않습니다 (&lt;풀 스케일 값의 10 %) 테스트 중에 않도록주의하십시오. 이 특정한 경우에, 각각 메탄과 공기, 40 L / 분 200 L / 분 MFC를 사용합니다. </li><li> 구리 튜브를 통해 메탄과 공기 탱크에 MFC를 연결합니다. </li><li> 지정된 MFC에 해당하는 압력에 메탄과 공기 탱크에 대한 규제를 설정제조업체가. 이 경우, 138 kPa로 (20 PSI)로 압력을 설정한다. </li><li> 정확한 유속을 보장하기 위해 MFC의 교정. </li><li> 연소실을 구성합니다. 이 실험을 위해, 연소실에게 168mm 출구 직경 길이 914mm을 개발한다. <ol><li> 연소 배기 가스 분석 및 연소 챔버의 길이를 따라 배치 열전대 드릴 포트. 필요한 정확한 개수 및 간격은 불꽃의 크기 및 실험의 목적에 의존한다. 이 설정의 경우, 공간 처음 5 열전대는 7mm 떨어져 연소 영역에 가장 가까운 위치. 공간 14mm 떨어져 최종 6 열전대. 배기 포트에 대해 동일한 간격을 사용한다. </li><li> 포트 비아홀 연소실 내로 K 형 열전대를 삽입한다. 연소실의 중심에 열전쌍 팁 정렬. 크기 포트 구멍이 열전대에 맞게 고온 금속 페룰 누출을 방지하기 위해 너트로 밀봉한다. </li></ol></li><li> 코네티컷요법 데이터 획득 모듈에 직접 K 형 열전대. </li><li> USB 드라이브를 통해 컴퓨터에 데이터 수집 모듈을 연결한다. </li><li> 즉시 연료 MFC 후 바로 버너 전에 구리 배관 경로에 일방향 밸브를 장착. 그 흐름은 멀리 MFC에서 이동할 수 있도록 밸브의 방향. 일방향 밸브는 플래시 백을 방지하기 위해 중요한 안전 장치이다. </li><li> 이전과 누수에 대한 MFC 설치 후 구리 튜브를 확인합니다. 누수가 거품을 생성하는 것처럼 누수를 감지하는 튜브에 브러시로 적용 비눗물을 사용합니다. </li><li> 구리 튜브를 통해 질량 유량 컨트롤러에 연소실과 버너를 연결합니다. </li><li> 연소실 설정을 완료 한 후, 테스트를위한 배기 포트 중 하나를 선택한다. GC의 분석 포트로 확장 구리 배관에이 포트를 연결합니다. </li><li> 연소실에서 배기를 끌어 후 분석을위한 GC로 밀어 주사기를 선택합니다. 이 실험 들어를 사용25 ml를 주사기. </li><li> GC의에 배기구를 연결하는 구리 배관 라인에 삼방 밸브를 배치했다. GC의 배기 포트에 제 2 및 제 25 ㎖ 주사기로 1/3 양방향 밸브의 한쪽 끝을 연결한다. 3 방 밸브에 구리 배관을 연결한다. 챔버에서 연소 배기 가스를 흡입 한 후 분석을위한 GC로 밀어 주사기를 사용합니다. </li><li> GC의 주사기에 3 방향 밸브를 연결합니다. 성공적인 작동을 보장하기 위해 주사기 플런저를 작동. 주 : 설치의 개략도가도 1에 도시되어있다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> 그림 1. 연소 특성 실험 장치 개략도. 연소 특성 실험 장치 개략적으로 보여주는 연료, 공기 및 배기 흐름 (검은 색 화살표) 및 데이터 흐름 (빨간색 화살표). 일방향 밸브는 플래시 백을 방지하기 위해 사용된다. <a= &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;HREF&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 3. 연소 특성 실험 <ol><li> 테스트 전에 완전에서 주사기 플런저를 밀어 넣고, 배기 포트 측의 삼방 밸브를 연다. </li><li> 86.5 L / 분의 유속으로 제에 공기 MFC 돌려. </li><li> 10 L / min의 유량에서 메탄 MFC 돌려. 이 발화하기 쉬운 1.10의 혼합 당량비 약간 풍부한 혼합물을 생성한다. </li><li> 데이터 기록을 시작하기 위해 컴퓨터 모듈을 통해 열전대를 켭니다. </li><li> 라이터 부탄을 사용하여 연소 챔버의 단부에서 혼합물을 점화. 점화 후, 화염 버너 앞쪽 안정화한다. </li><li> 원하는 값으로 86.5 L / 분의 초기 값으로부터 서서히 공기의 유량을 조절함으로써 당량비를 조정한다. 너무 빨리 이동하지 않도록주의 또는 flammab의 외부 이동화염 담금질을 일으킬 것 ility 제한. </li><li> 온도가 안정 열전대 후 데이터 파일의 온도 값을 기록한다. </li><li> 마찬가지로, 상기 배기구로부터의 연소 배기 가스를 추출하기 위해 주사기 플런저를 당긴다. </li><li> 연소 배기 가스를 추출 후, GC 측으로 삼방 밸브를 개방하고, 배기 포트 측을 닫는다. </li><li> 완전히 닫히고 배기 모두가 GC로 전송되었습니다 때까지 주사기 플런저를 밀어 넣습니다. </li><li> GC의 포트를 연결하는 구리 배관 내의 잔류 가스가 모두 제거 될 때까지 반복 3.8-3.10 단계. 횟수를 나타내는 것이다 주사기의 체적에 비해 구리 튜브의 내부 용적의 간단한 분석이 반복 될 필요 3.8-3.10 단계. </li><li> 튜브의 모든 잔류 가스를 제거한 후 분석에 대한 최종 배기 샘플을 추출합니다. GC의에 배기 가스를 밀어 분석 모드 7,17로 GC를 켭니다. </li><li> 저장에 의한 GC 데이터를 기록GC 분석의 데이터를 포함한다. </li><li> 원하는 모든 동등한 비율이 테스트 될 때까지 반복 3.1-3.13 단계를 반복합니다. </li></ol> 모델 연소 배기 4. 개발 <ol><li> 동향을 관찰 할 수있는 연소 배기 종 볼륨 비율을 플롯. </li><li> 모델 연소 배기 가스에 대한 차단 농도 값을 결정합니다. 초기 MT-FFC 분석 모델 연소 배기 연료 개발에서, 구성 요소 만이 상당한 비율로 나타나는 (&gt; 1 %) 모델 연료에 포함된다. </li><li> 모델 연료 배기 상당한 수소 및 일산화탄소 (각 구성 요소&gt; 1 %)를 생성 만 동등한 비율을 선택한다. </li><li> 배기 가스 성분 회의 4.3의 조건마다 체적 율을 기록한다. </li></ol> 5. 연료 전지 테스트 설정 <ol><li> 각 가스의 유량 범위를 결정한다. t하여 GC 분석 결과로부터 얻어진 체적 율을 곱그 각각의 연료 전지에서의 바람직한 모델 연소 배기 가스의 유량을 총. </li><li> 각 종에 대한 최대 및 최소 유량을 결정하기 위해 각각의 연소 배기 종 유량의 범위를 평가한다. </li><li> 2.1 단계에서 설명한 동일한 원칙에 따라 선택 유량계. </li><li> 구리 배관을 통해 가스 탱크 유량계를 부착하여 검사 장치를 구축. </li><li> 유량계에 대한 소정 값에 가스 압력 조절기를 설정한다. </li><li> 가연성 기체를 사용하여 각 유량계의 하류 구리 튜빙 경로에 일방향 밸브를 배치했다. </li><li> 구리 배관 및 매니 폴드를 통해 함께 모든 유량계 출력 포트를 연결합니다. </li><li> 상기 연료 전지의 외부 직경보다 단지 큰 내경을 갖는 스틸 튜브의 내부에 미세 관형 SOFC를 설정한다. 세라믹 접착제를 사용하여 스틸 튜브에 연료 전지를 밀봉. </li><li> 세라믹 내화 m의 조각에 마이크로 관형 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)와 스틸 튜브를 연결합니다퍼니스에서 연료 전지를 유지하도록 aterial. </li><li> 양극에 2 선)과 음극 (2 와이어 마이크로 관형 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 연결된 현재의 수집 및 전압 감지 와이어 4 프로브 기술 10, 11을 사용합니다. 와이어가 서로 작성 반바지를 교차하지 않도록해야합니다. </li><li> 텐쇼 10, 11의 네 프로브에 네 개의 와이어를 연결합니다. </li><li> 컴퓨터 10, 11에 텐쇼를 연결합니다. </li><li> 마이크로 튜브형 SOFC 전해질 (10, 11)의 외관을 터치 팁과 노에 열전대를 놓습니다. </li><li> 데이터 수집 모듈에 열전대 와이어를 연결합니다. </li><li> USB 포트를 통해 컴퓨터에 데이터 수집 모듈을 연결한다. 참고 :도 2는 MT-FFC 테스트 설정을 도시하는 개략도이다. 개발 모델 연료 및 연료 전지 모델의 연료 흐름을 제어하기위한 설정에 설정된 테스트는 종래의 F에 따라 진행할 수있다셀 테스트 방법 UEL. 이러한 방법은 잘 문헌에 설립하고 여기에 반복되지 않을 것이다. </li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> 도 2 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지 시험 설치 개략도. H 2, CO, CO 2의 흐름, N 2 (검은 화살표)는 MFC 다시 플래시를 방지하는 일방향 밸브로 조절된다. 다시 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 전자의 텐쇼에로의 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)의 흐름 (녹색 선)합니다. 열전대 데이터 및 전기 데이터의 흐름이 빨간색 화살표로 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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The authors have nothing to disclose.

여기서 설명하는 프로토콜은 이전의 연소 특성 연구와 연료 전지 시험 간의 중요한 브리지이다. 개질 연료 및 연료 전지 테스트 연소 사용 DFFC 셋업 10-15에 수년간 적용되었다. 그러나 DFFCs에서 연소 과정의 특성이 염 조성물 (16)의 원위치 특성화 주로 우려 MS 및 8을 사용한다. DFFC가 주위에 개방 된 바와 같이, 배기 조성물은 주로 물 및 CO (2) 및 배기 특성이 ?...

기술이 계속 개발 고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 기술 혁신이 최근에보고되었다. 많은 장점 중의 SOFC 다른 연소 기반 발전 기술 1에 비해 높은 연료 효율, 낮은 연료 방출과 적당한 유연성 공지되었다. 또한,의 SOFC는 아주 작은 규모에서 높은 연료 효율을 허용하는 확장 성이다. 불행하게도, 현재 수소 인프라의 한계는 종종 비효율적 연료 개질 시스템에 대한 필요성을 만들었습니다. 최근의 개발은 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지 (MT-FFC)은 저자의 전작이보고있다. 마운트-FFC 연소 3 통해 발열 개질 연료를 제공 일본어 직화 형 연료 전지 (DFFC)의 장점에 기반 불꽃을 이용한 연료 전지 (FFC)의 첫번째 예이다. DFFC 설치는 주변 envir에 개방 불꽃과 직접 접촉하는 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)를 배치onment. 화염은 부분적으로 순수한 메탄 또는 다른 무거운 탄화수소에 비해 탄소 코킹 덜 잠재적으로 SOFC에서 직접 사용할 수있는 H 2 CO를 생성하기 위해 탄화수소 연료를 산화시킨다. 또한, 상기 화염의 작동 온도로 SOFC 가져 필요한 열 에너지를 제공한다. 원래 DFFC에 대한 최근의 변화는 화염 영역 밖으로 SOFC를 이동하고, FFC (2)를 생성하기 위해 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)에 연소 배기 가스를 쏟아야에 의해 발생했습니다. DFFC 달리 연소 (대신 주위의) 부분 밀폐 챔버 내에서 대기와 비 연료를 제어 할 수 있고, 배기 가스가 직접 완전 연소가 발생하지 않고, 연료 전지에 공급 될 수 있도록 발생한다. FFCS는 높은 연료 사용 및 DFFCs 2에 비해 높은 전기 효율 등의 추가 장점이있다. 연구의 새로운 영역으로, 필요한 실험 기술 MT-FF의 가능성을 평가할 수있다미래 발전 애플리케이션을위한 고사. 이러한 기술은 CO 2 H 2 O와 함께, 부분 산화, 또는 연료 - 풍부 연소하고, 또한 합성 가스라고도 H 2 CO를 생성하는 방법으로 식별 된 배기 가스의 분석을 필요 합성 가스는 발전 용 연료 전지에 직접 사용할 수있다. 연료 - 풍부 연소 배기 가스의 분석은 또한 최근에 확립되었고, 많은 다른 목적을위한 이론적 4 계산적 5,6- 실험적 7 실시되었다. 이론 및 계산 연구의 대부분은 반응 메커니즘의 연소 제품 정력적으로 유리한 종, 화학 반응 속도 모델을 평가하기 위해 화학 평형 분석 (CEA)에 의존하고있다. 이러한 방법은 매우 유용되었지만, 많은 새로운 기술이 연구 개발 중에 실험 기술에 의존하고있다. 실험 기술은 일반적으로 아나에 의존하여 연소 배기 가스의 용해 중 가스 크로마토 그래피 (GC) (7) 또는 질량 분광계 (MS) 8. GC의 줄 / 주사기 또는 MS 프로브 중 하나는 연소 배기에 삽입되고, 측정은 화학 종의 농도를 평가하기 위해 수행된다. 실험 기술의 적용은 소규모 발전 분야에서 공통되고있다. 몇 가지 예는 단일 챔버의 SOFC 7,9 및 DFFCs 10 ~ 15 작동하기 위해 개발 된 마이크로 연소기를 포함한다. 연소 배기 가스의 분석은 상이한 온도, 유량 및 당량비를 포함한 다양한 작동 조건 하에서 발생한다. DFFC 연구, 연료와 산화제의 영역에서 완전 연소를 보장 주위에 열린 버너, 부분적으로 혼합 또는 비 혼합 할 수 있습니다. 화염 조성물을 분석 할 필요 더불어, MS는 DFFC 연구 연소 분석 (16) 대부분의 경우에 사용 된. FFC의 최근 발전은 연료의 완전 산화를 방지하도록 부분적으로 밀폐 된 환경에서 예 혼합 버너의 연소에 의존하여 다르다. 그 결과, 공기 누출이없는 제어 된 환경에서, 연소 배기 가스의 분석이 필요하다. 이러한 목적을 위해 개발 된 기술은 다양한 실험 당량비에서 연소 배기의 GC 분석으로 마이크로 연소기 연구에 사용 된 이전의 기술에 의존한다. GC 분석의 결과,이 연소 배기 조성물의 특성 리드 (즉, CO (2)을 포함하여 각 배기 성분의 체적 %, H 2 O, N 2 등)이 분석에 의해 측정 된 비율에 따라 별도의 가스의 혼합을 허용 GC는 미래 FFC 연구를위한 모델 연료가 풍부한 연소 배기를 만들 수 있습니다. 연료가 풍부한 연소 배기 분석 모델의 연료가 풍부한 연소 배기를 개발 및 적용을위한 프로토콜SOFC 테스트를위한 배기를 보내고은이 논문에서 설정됩니다. 일반적인 문제 및 제한 사항이 기술에 대해 설명합니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Gas chromotograph</td>
			<td style="width:111px;">SRI Instruments, Inc.</td>
			<td style="width:129px;">SRI 8610C</td>
			<td style="width:303px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">K type thermocouples</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">KQXL-116G-6</td>
			<td>Custom length</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">K type thermocouple extension wire</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">EXTT-K-20-SLE-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5427</td>
			<td style="width:303px;">0-40 L/min (N2) 
			Used for methane</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5443</td>
			<td style="width:303px;">0-200 L/min (N2) 
			Used for air</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Omega</td>
			<td style="width:129px;">FMA5402A</td>
			<td style="width:303px;">0-10 mL/min (N2) 
			Used for CO</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">200 SCCM (Propane) 
			Used for CO2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">5 L/min (Air) 
			Used for N2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:111px;">Brooks Instrument</td>
			<td style="width:129px;">SLA5850</td>
			<td style="width:303px;">500 SCCM (N2) 
			Used for H2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP721-125-350-F</td>
			<td style="width:303px;">Methane tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-050-590-E</td>
			<td>Air tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">Y11-SR145B</td>
			<td>CO tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-050-320-E</td>
			<td>CO2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">Y12-215B</td>
			<td>N2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:111px;">Harris Products Group</td>
			<td style="width:129px;">HP702-015-350-D</td>
			<td>H2 tank</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Methane, Compressed , 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1971</td>
			<td style="width:303px;">Extremely Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Air, Compressed, 
			Ultra pure</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1002</td>
			<td style="width:303px;">Not classified as hazardous to health.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">CO, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1016</td>
			<td style="width:303px;">Toxic by inhalation, Extremely flammable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">CO2, Compressed, 
			Research grade</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1013</td>
			<td style="width:303px;">Asphyxiant in high 
			concentrations</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">&#160;N2, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1066</td>
			<td style="width:303px;">Not classified as hazardous to health.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">H2, Compressed, 
			Ultra high purity</td>
			<td style="width:111px;">Airgas</td>
			<td style="width:129px;">UN1049</td>
			<td style="width:303px;">Extremely flammable, 
			burns with invisible flame</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Source meter</td>
			<td style="width:111px;">Tektronix, Inc.</td>
			<td style="width:129px;">Keithley 2420</td>
			<td style="width:303px;">Connects to computer 
			via USB</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Horizontal split tube furnace</td>
			<td style="width:111px;">MTI Corportation</td>
			<td style="width:129px;">OTF-1200X</td>
			<td style="width:303px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Data acquisition</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI cDAQ-9172</td>
			<td style="width:303px;">Connects to computer 
			via USB</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Thermocouple input</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI 9211</td>
			<td>Connects to cDAQ-9172</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Computer control for Mass Flow Controllers</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">NI 9263</td>
			<td style="width:303px;">Connects to cDAQ-9172 
			Computer control for Mass Flow Controllers</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Testing software</td>
			<td style="width:111px;">National Instruments</td>
			<td style="width:129px;">LabVIEW 8.6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:216px;">Ceramabond</td>
			<td style="width:111px;">Aremco</td>
			<td>552-VFG</td>
			<td>1 Pint</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combustion characterization and model fuel development for micro-tubular flame-assisted fuel cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

연소 특성 챔버는 이전 테스트 동안 챔버 또는 다른 공기 누출에 공기의 역류에 대해 원하는 동등한 비율에서 테스트로 확인해야합니다. 오픈 챔버에서 연소 공정은 거의 등압 것으로 알려져있다. 그 결과, 연소실 내의 압력은 외부 환경으로부터의 공기가 상기 챔버 배출구 또는 다른 누설 지점에서 연소 챔버로 다시 흐르는 없다는 것을 보장하기에 충분하지 않을 수있다...

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Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

에 대한 연소 특성 및 모델 연료 개발 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

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9.5K 조회수.  Syracuse University. A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

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Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

고체 산화물 연료 전지의 전극 표면을 탐색 및 매핑

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

연구

공학

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

다중 입자 Phonon은 감금 모델 라만 분광학을 이용하여 나노 결정 크기 분포의 특성

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및<em&gt; 현장에서</em&gt; 형태학 특성

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

반응 속도와 I의 연소 역학<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; 및 알루미늄 혼합물

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

고로 슬래그의 양방향 가치 증식 : 침전 된 탄산 칼슘과 제올라이트 중금속 흡착제의 합성

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

적외선 타락 한 4 웨이브 혼합 양적 가스 감지에 대 한 업 검출

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

비접촉식 공진성 유전체 분광연구용 셀룰로오스 종이 공진법 개발

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy techniques. The protocol involves terahertz transmission mode at normal incidence and terahertz reflection mode at an oblique angle of 30&#176;. The collected experimental data represent time domain pulses of the electric field. The terahertz electric field signal transmitted through a fixed point on the excised tissue is processed, through an analytical model, to extract the refractive index and absorption coefficient of the tissue. Utilizing a stepper motor scanner, the terahertz emitted pulse is reflected from each pixel on the tumor providing a planar image of different tissue regions. The image can be presented in time or frequency domain. Furthermore, the extracted data of the refractive index and absorption coefficient at each pixel are utilized to provide a tomographic terahertz image of the tumor. The protocol demonstrates clear differentiation between cancerous and healthy tissues. On the other hand, not adhering to the protocol can result in noisy or inaccurate images due to the presence of air bubbles and fluid remains on the tumor surface. The protocol provides a method for surgical margins assessment of breast tumors.

Freshly excised human breast cancer tumors are characterized with terahertz spectroscopy and imaging following fresh tissue handling protocols. Tissue positioning is taken into consideration to enable effective characterization while providing analysis in a timely manner for future intraoperative applications.

테라헤르츠 새로 절제된 유방암 종양을 위한 테라헤르츠 이미징 및 특성화 프로토콜

This manuscript presents a protocol to handle, characterize, and image freshly excised human breast tumors using pulsed terahertz imaging and spectroscopy ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid more efficiently, in terms of &#64258;ow rate per power input, than those that rely on Rayleigh waves and other modes of vibration in LN or lead zirconate titanate (PZT). The complete device is composed of a transducer, a transducer holder, and a &#64258;uid supply system. The fundamentals of acoustic liquid atomization are not well known, so techniques to characterize the devices and to study the phenomena are also described. Laser Doppler vibrometry (LDV) provides vibration information essential in comparing acoustic transducers and, in this case, indicates whether a device will perform well in thickness vibration. It can also be used to &#64257;nd the resonance frequency of the device, though this information is obtained more quickly via impedance analysis. Continuous &#64258;uid atomization, as an example application, requires careful &#64258;uid flow control, and we present such a method with high-speed imaging and droplet size distribution measurements via laser scattering.

Fabrication of piezoelectric thickness mode transducers via direct current sputtering of plate electrodes on lithium niobate is described. Additionally, reliable operation is achieved with a transducer holder and &#64258;uid supply system and characterization is demonstrated via impedance analysis, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, and droplet size distribution using laser scattering.

원자화 및 부동 유체학을 위한 두께 모드 압전 장치의 제조 및 특성화

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...