• 한국재료학회지
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• 제32권4호
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• pp.216-222
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• 2022

The capacity of high nickel Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂ (NCM, x ≥ 0.8) cathodes is known to rapidly decline, a serious problem that needs to be solved in a timely manner. It was reported that cathode materials with the {010} plane exposed toward the outside, i.e., a radial structure, can provide facile Li⁺ diffusion paths and stress buffer during repeated cycles. In addition, cathodes with a core-shell composition gradient are of great interest. For example, a stable surface structure can be achieved using relatively low nickel content on the surface. In this study, precursors of the high-nickel NCM were synthesized by coprecipitation in ambient atmosphere. Then, a transition metal solution for coprecipitation was replaced with a low nickel content and the coprecipitation reaction proceeded for the desired time. The electrochemical analysis of the core-shell cathode showed a capacity retention of 94 % after 100 cycles, compared to the initial discharge capacity of 184.74 mA h/g. The rate capability test also confirmed that the core-shell cathode had enhanced kinetics during charging and discharging at 1 A/g.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.72-72
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• 2012

Lithium rechargeable batteries have been widely used as key power sources for portable devices for the last couple of decades. Their high energy density and power have allowed the proliferation of ever more complex portable devices such as cellular phones, laptops and PDA's. For larger scale applications, such as batteries in plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) or power tools, higher standards of the battery, especially in term of the rate (power) capability and energy density, are required. In PHEV, the materials in the rechargeable battery must be able to charge and discharge (power capability) with sufficient speed to take advantage of regenerative braking and give the desirable power to accelerate the car. The driving mileage of the electric car is simply a function of the energy density of the batteries. Since the successful launch of recent Ni-MH (Nickel Metal Hydride)-based HEVs (Hybrid Electric Vehicles) in the market, there has been intense demand for the high power-capable Li battery with higher energy density and reduced cost to make HEV vehicles more efficient and reduce emissions. However, current Li rechargeable battery technology has to improve significantly to meet the requirements for HEV applications not to mention PHEV. In an effort to design and develop an advanced electrode material with high power and energy for Li rechargeable batteries, we approached to this in two different length scales - Atomic and Nano engineering of materials. In the atomic design of electrode materials, we have combined theoretical investigation using ab initio calculations with experimental realization. Based on fundamental understanding on Li diffusion, polaronic conduction, operating potential, electronic structure and atomic bonding nature of electrode materials by theoretical calculations, we could identify and define the problems of existing electrode materials, suggest possible strategy and experimentally improve the electrochemical property. This approach often leads to a design of completely new compounds with new crystal structures. In this seminar, I will talk about two examples of electrode material study under this approach; $LiNi_{0.5}Mn_{0.5}O_2$ based layered materials and olivine based multi-component systems. In the other scale of approach; nano engineering; the morphology of electrode materials are controlled in nano scales to explore new electrochemical properties arising from the limited length scales and nano scale electrode architecture. Power, energy and cycle stability are demonstrated to be sensitively affected by electrode architecture in nano scales. This part of story will be only given summarized in the talk.

• 자원환경지질
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• 제45권1호
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• pp.9-21
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• 2012

본 논문에서는 황사 발원지 (타클라마칸, 알라샨, 오도스 사막 및 황토고원) 토양 시료의 지구화학적 특성을 규명하고, 이들이 지표환경과 인체에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 중국 건조지역에서 채취한 토양 시료 내 주원소 함량의 공간적 변화는 각 지역별로 크지 않았으며, 이는 각 지역 내 토양이 오랜 기간 동안 바람에 의해 균질하게 혼합된 것으로 해석된다. 한편 미량원소의 경우에는, 시료 채취 지점에 따라 미약한 함량의 차이를 나타낸다. 이들 중 Cr, Cu, As, Co, Ni, V, Y, Sc, Sn, Pb, Zn, Cd, Cs, Li, Th, U 등은 원소 간에 서로 양의 상관관계를 보이며, 이들의 특성은 황토고원과 다른 사막 (타클라마칸, 알라샨 및 오도스 사막) 토양에서 뚜렷하게 구분된다. 모든 사막 및 황토고원 토양의 Fe의 지구화학적 존재형태는 대부분 "잔류형 (85% 이상)"으로 나타났으나, Mn 및 Ca의 존재형태는 사막에 따라 존재형태의 차이가 현저하게 나타났다. Mn은 황토고원 토양에서는 "산화철망간광물 수반형 (55.4%)"이, 그리고 타클라마칸 사막에서는 "탄산염광물 수반형 (33.8%)"이 다른 사막 토양에 비해 2-5배 높게 나타났다. 또한 Ca의 경우에는 타클라마칸 및 알라샨 사막 토양에서 "탄산염광물 수반형"이 각각 75.9% 및 50.5%로 높게 나타났으나, 황토고원 (6.6%)과 오도스 사막 (2.1%)에서는 낮게 나타났다. 사막 및 황토고원 내 미량원소의 이동도를 기준으로 이들 미량원소를 5개의 그룹으로 분류하였으며, Cd, Pb 및 Cu의 이동도가 각각 87%, 33% 및 30% 이상으로 나타났다. 따라서 사막 및 황토고원 내 Cd, Pb 및 Cu는 지표수 등과 반응하였을 때 쉽게 용해되어 지표환경 및 인체 건강에 악영향을 줄 가능성이 있음을 지시하고 있다.

• 전기화학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-10
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• 2023

리튬 이차전지의 4 대 구성요소에 포함되는 양극은 배터리의 에너지 밀도를 담당하는 중요한 구성요소에 속하며, 보편적으로 제작되는 양극의 습식 제작 공정에는 활물질, 도전재, 고분자 바인더의 혼합 과정이 필수적으로 이루어지게 된다. 하지만, 양극의 혼합 조건의 경우 체계적인 방법이 갖추어져 있지 않기 때문에 제조사에 따라 성능의 차이가 발생하는 경우가 대다수이다. 따라서, 양극의 슬러리 제작 단계에서 정돈되지 않은 혼합 방법의 최적화를 진행을 위해 보편적으로 사용되는 THINKY mixer와 homogenizer를 이용한 LiMn₂O₄ (LMO) 양극을 제조해 각각의 특성을 비교하였다. 각 혼합 조건은 2000 RPM, 7 min으로 동일하게 진행하였으며, 양극의 제조 동안 혼합 방법의 차이만을 판단하기 위해 다른 변수 조건들은 차단한 후, 실험을 진행하였다(혼합 시간, 재료 투입 순서 등). 제작된 THINKY mixer LMO (TLMO), homogenizer LMO (HLMO) 중 HLMO는 TLMO보다 더 고른 입자 분산 특성을 가지며, 그로 인한 더 높은 접착 강도를 나타낸다. 또한, 전기화학적 평가 결과, HLMO는 TLMO와 비교하여 개선된 성능과 안정적인 수명 주기를 보였다. 결과적으로 수명특성평가에서 초기 방전 용량 유지율은 HLMO가 69 사이클에서 TLMO와 비교하여 약 4.4 배 높은 88%의 유지율을 보였으며, 속도성능평가의 경우 10, 15, 20 C의 높은 전류밀도에서 HLMO가 더 우수한 용량 유지율과 1C에서의 용량 회복률 역시 우수한 특성을 나타냈다. 이는 활물질과 도전재 및 고분자 바인더가 포함된 슬러리 특성이 homogenizer를 사용할 때, 정전기적 특성이 강한 도전재가 뭉치지 않고 균일하게 분산되어 형성된 전기 전도성 네트워크를 생성할 수 있기 때문으로 간주된다. 이로 인해 활물질과 도전재의 표면 접촉이 증가하고, 전자를 보다 원활하게 전달하여 충전 및 방전 과정에서 나타나는 격자의 부피변화, 활물질과 도전재 사이의 접촉저항의 증가 등을 억제하는 것에 기인한다.

• 한국광물학회지
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• 제14권1호
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• pp.39-51
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• 2001

공주군 유구면 일대의 화강암질 편마암의 풍화작용에 따른 원소의 거동과 pH와 이차광물과의 관계를 XRF, ICP-AES, ICP-MS를 이용한 원소분석결과를 통하여 검토하였다. 이 지역의 암석은 pH6 내외의 산성환경, 침철석, 아나타제와 같은 다양한 이차광물을 생성하면서 심각한 화학조성의 변화를 초래했다. 주원소의 화학조성을 이용한 풍화지수는 토양층에서 79~88로 모암 중의 사장석이 용해되고 흑운모가 변질되어 캐올리광물의 생성이 활발한 방향으로 풍화작용이 진행되었다. 지표층으로 가면서 Al에 대한 주 원소의 거동은 Si, Ca, Na, K, P가 감소하고 Fe, Ti, Mn이 증가하는 경향을 보이며 pH가 낮은 풍화단면에서 주 원소의 변화량이 더 크다. 이 풍화대에서 Mg은 거의 일정하다. Li, As 모든 전이원소는 pH가 감소함에 따라 증가하며 특히 이들 원소는 Fe의 함량과 비례해서 증가해 침철석과 공침하였거나 표면에 흡착되어 있는 것으로 보인다. Ga은 Fe와 비례하기는 하지만 변화량은 전 풍화단면에서 일정하다. Zr, Mo, Sn, Cd은 pH에 변화에 상관없이 일정한 반면에 Rb, Sr, Ba, Y, Pb, Th, U 등은 감소하는 경향을 보인다. 특히 Rb 과 Sr은 Ca에 비례해서 감소한다. 희토류원소는 전 풍화단면에서 감소하는 경향을 보이는데 $Al_2$$O_3$에 대한 상대적인 변화량을 보면 경희토류원소는 사프롤라이트(saprolite)하부와 상부에서 부화되어 있고 중부 사프롤라이트와 토양층에서 감소하는 반면에 중희토류원소는 사프롤라이트 하부와 상부에서 감소하고 중부사프롤라이트 및 토양층에서 부화되는 경향을 보인다. 전반적으로 희토류원소의 원자번호가 클수록 손실율이 커진다. 이 풍화단면에서 원소의 거동은 각 풍화층의 pH와 생성된 이차광물의 조성에 지배를 받았다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제43권8호
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• pp.1248-1256
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• 2014

자죽염(purple bamboo salt; PBS)을 제조하는 공정에 영향을 미치는 원염(갯벌천일염, MSS; 죽염, BS)의 종류, 대나무 첨가에 따른 BS의 이화학적 특성, 황 화합물, 미네랄 함량 및 환원력을 비교 분석하고, 이를 통해 PBS에 함유된 $SO_2$와 산화환원전위(ORP)의 발생 원인을 분석하였다. BS를 고온에서 용융시켜 제조한 PBS에서 630 ppm의 $SO_2$가 검출되었다. PBS의 원료 염과 RB에서는 $SO_2$가 검출되지 않았으나, 염화물, 황산염류, 탄산염류와 대나무(RB)를 함께 탄화시켜 $SO_2$ 검출 원인을 확인한 결과 황산칼륨에 의해 782 ppm이 발생하였다. BS의 $SO_2$는 BSRB1(13.88)~BSRB4(109.13 ppm)에서만 발생하였고 $SO{_3}{^{2-}}$는 MSSRB4와 BSRB2~BSRB4에서만 발생하였으며, 시간이 경과함에 따라 증가되는 경향을 나타내었다. $SO_4{^{2-}}$는 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며 $SO_2$와 $SO_3{^{2-}}$가 많을수록 낮은 함량을 나타내었다. ORP는 모두 시간이 지남에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 BS에서 더 높은 수준을 나타내었으며, BSRB4(-211.40 mV)에서 가장 높은 환원력을 나타내었다. 일반적 특성 중 불용분은 BS에서 더 높았으며 RB가 탄화되어 남은 물질들이 영향을 미친 것으로 판단된다. Ca, K, Mg의 경우 굽는 시간 경과에 따라 MSS는 감소, BS는 증가하는 경향을 나타내었다. BSRB4의 Ca는 1.4배, Mg는 1.5배 증가하였고 K 함량은 1.8배 더 높은 것으로 나타났다. 미량 미네랄은 굽는 시간 경과에 따라 MSS에서 Li, Al, Mn, Fe, Sr이 증가되었고, BS에서 Al, Fe, Ni가 증가하였다. 음이온(Cl, $NO_3$, Br)과 중금속(Pb, Cd, Hg, As)은 각 요인에 대한 영향을 받지 않았다. 결론적으로 BS의 기능성을 나타내는 환원력은 $SO_2$ 및 $SO_3{^{2-}}$와 같은 저분자 황화합물에 의한 것이며, 이는 한 번 굽는 과정을 거친 BS를 사용하고 이에 RB를 첨가하여 고온에서 용융하는 시간이 길수록 이들 황화물질이 많아져 환원력이 증가된다는 것을 의미하는 것이다.

• 자원환경지질
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• 제22권1호
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• pp.35-63
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• 1989

구룡산(九龍山)(또는 옥천(沃川)) 함(含)우라늄 흑연질점판암(黑鉛質粘板岩)은 옥천대(沃川帶) 서북부(西北部)에 따라 증상(層狀) 또는 부딘상(狀)으로 90km이상(以上) 연장(延長) 분포(分布)한다. 함(含)우라늄점판암(粘板岩)의 오토레디오그라프에 나타나는 퇴적(堆積), 속성(續成), 변성구조(變成構造)는 우라늄과 동시퇴적물(同時堆積物)로서 속성작용과정(續成作用過程)에서 전혀 이동(移動)하지 않고 황성변성(廣域變成) 초기(初期)에 제자리에서 미립(微粒)우라니나이트로 재결정(再結晶)하였음을 보여준다. 동시(同時)에 유기물(有機物)은 미세환장흑연(微細環狀黑鉛)으로 되었다. 라미나구조(構造)의 발달(發達)과 평균(平均) 19.64% C, 2.32% S의 함유(含有)는 함(含)우라늄흑니(黑泥) 퇴적(堆積)의 일반조건(一般條件)으로서의 극(極)히 낮은 퇴적화(堆積比), 고유기물함유(高有機物含有), 염기성황경등을 충족(充足)하였으며 Th/U가 0.07로서 해수원(海水源)임을 뜻한다. 지역별(地域別) CaO, $P_2O_5$의 평균치(平均値)가 매우좁은 범위(範圍)의 일정치(一定値)이며 높은 CaO 평균치(平均値)를 나타내어 전퇴적(全堆積)분지를 통(通)하여 동일(同一) pH(7.8-8.0)조건(條件)의 환경(環境)에서 퇴적(堆積)하였음을 나타낸다. 함(含)우라늄점판암(粘板岩)은 같은 성인(成因)의 타산장(他産狀)에 비(比)하여 미량원소(微量元素) 부화도(富化度)가 매우 높다. 고부화(高富化)의 중요(重要)한 원인(原因)으로서 미량원소(微量元素)의 소스(source)인 해수(海水)의 주기적(週期的) 교체(交替)가 요구(要求)되는데 사이크릭퇴적구조(堆積構造)는 그러한 현상(現象)을 뒷받침하여 준다. 흑니(黑泥)의 성인별(成因別) 구성광물(構成鑛物)과 원소(元素)의 수반관계(隨伴關係)에서 쇄설성광물(鑛物)에는 Si, Al, K, Na, Ti, Zr, Th, Be, B, Li, 유기물(有機物)후락숀에, U, Ni, Cu, Co, Zn, Ag, Mo, Pb, Sn, Cd, S, Fe, V, Cr, Y, 탄산염광물(炭酸鹽鑛物)에 Ca, Mg, Mn, P, Ba가 높은 상관(相關)을 나타낸다. 유기물(有機物)의 우라늄고정심전능력(固定沈澱能力)에 있어 사프로페릭(Sapropelic)형(型)보다 휴믹(Humic)형(型)에서 더 높다. 육성식물(陸性植物)의 분해물(分解物)인 휴무스(Humus)는 고대성(古生代) 중기(中期)에 출현(出現)한다. 우라늄 함유(含有) 흑니(黑泥)는 이 시대(時代)의 형성물(形成物)로서 이런 형(型)의 광상(鑛床)은 생물상(生物相)의 진화(進化)에 규제(規制)된 광화작용(鑛化作用)의 산물(産物)이다.