• 한국재난정보학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.392-401
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• 2020

연구목적: 본 연구는 비상시의 예비전원장치로 사용 가능한 리튬이온커패시터의 동작 특성을 분석하고, 충·방전시의 선형비례특성을 이용하여 전압을 측정하는 것으로도 예비전원장치의 동작 이상 유무를 판단 할 수 있는 실험근거의 제공을 목적으로 한다. 연구방법: 본 연구를 위한 방법으로 먼저 기존 예비전원장치와 리튬이온커패시터에 대한 동작원리 및 특성을 분석하고, 다음으로 실험에 사용한 유도등의 구성도와 시스템 블록도에 따라 리튬이온커패시터의 전압 측정을 통해 배터리의 보유 전력량을 확인하는 전압대역별 방전전력량 측정 값 테스트와 유도등을 이용한 동작 테스트 실험으로 진행한다. 연구결과: 리튬이온커패시터의 선형비례특성을 이용한 충전전압을 확인하는 것만으로도 정확하게 유도등 램프의 유효동작 시간을 추론 할 수 있는 근거를 제시하고 있다. 결론: 재난 상황 시 리튬이온커패시터를 비상유도등의 예비전원장치로 사용함으로써 비상유도등의 완전 방전을 미연에 방지하고, 예비전원장치의 정상 작동 수행의 문제가 발생하지 않게 하며, 간단한 전압측정만으로도 예비전원장치의 이상 유무를 확인 할 수 있게 하여 향후 피난설비 적용에 많은 활용도를 제시하고자 하였다.

• 공업화학
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• 제24권5호
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• pp.489-493
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• 2013

기존의 EDLC용 활성탄소 대신 리튬이차전지용 탄소류 음전극(천연흑연, 인조흑연, 하드카본, MCMB)을 이용해 리튬이온 커패시터를 구성하면 리튬의 층간 삽입반응으로 인해 기존의 물질보다 에너지 밀도가 큰 전극소재를 개발할 수 있을 것이다. 이 실험에서는 기존 리튬이차전지 음극용 탄소 물질을 대칭 전극으로 사용하여 코인형 커패시터를 제조하여 성능을 측정하였다. 또한 리튬을 미리 삽입시킨 탄소류 전극을 이용한 커패시터를 제조한 후 성능을 측정한 결과, 축전현상이 일어나는 것을 알 수 있었다. 즉 전해액에서 전하분리에 의한 리튬이온의 이동을 보충할 수 있다면 기존의 리튬이온은 탄소류 전극의 층간으로 확산되어 들어가 기존의 대칭성 탄소류 전극의 경우에 비해 축전 용량이 증가한다. 또한 표면적이 매우 큰 graphene oxide를 사용하여 위와 같이 실험한 결과 용량이 크게 나왔으며 이로부터 슈퍼커패시터 전극용 물질에는 높은 비표면적이 중요한 요소로 작용한다는 것을 알 수 있었다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.275-276
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• 2012

최근 노트북 및 UPS, 그리고 전기자동차에 이르기까지 배터리를 사용하는 분야에서 에너지 밀도가 높은 리튬이온 배터리가 주로 사용된다. 이러한 리튬 이온 배터리의 안전성을 보장하고 배터리 수명을 늘리기 위해서는 각 셀 간의 전하 균일이 필요하며 여러 전하 균일 회로가 연구되었다. 이중 자기소자가 없이 능동 전하 균일을 이룰 수 있는 스위치드 커패시터 방식은 가장 간단하고 작은 부피로 제작이 가능하며, 셀 전압 센싱 없이 자동적으로 전하 균일을 이룰 수 있는 장점이 있으나, 전하 균일 속도가 셀 수가 증가 할수록 현저하게 느려지는 단점을 보인다. 제안하는 셀 전하 균일회로는 체인구조의 스위치드 커패시터 회로를 통하여 셀 간의 전하 균일 속도를 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 제안된 회로의 동작원리를 설명하고 실험을 통해 제안된 회로의 뛰어난 전하 균일 성능을 검증한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.201.2-201.2
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• 2015

현대 디지털 사회에서 고효율 에너지와 파워소스에 관한 요구가 커짐에 따라 차세대 에너지 저장 소자에 대한 연구가 계속되고 있다. 그 중 리튬이온 배터리, 슈퍼커패시터, 그리고 연료 전지들이 우리의 일상생활에서 점점 더 중요하게 자리잡아가고 있는데 이런 다양한 에너지 저장소자 중 슈퍼커패시터가 많은 관심을 받고 있다. 이는 긴 수명, 빠른 충-방전 속도, 높은 에너지 밀도, 그리고 안전함 때문이다. 슈퍼커패시터는 에너지 저장 메커니즘에 따라 두 가지로 분류될 수 있는데 전기이중층 커패시터(EDLC)와 슈도커패시터(pseudocapacitor)로 나누어질 수 있다. 슈도커패시터는 active 물질과 전해질 이온 간의 전기화학적 반응으로 인해 EDLC보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 그러므로 지금까지 새로운 형태의 슈도용량성 물질을 만들기 위한 노력이 집중되고 있다. 본 연구에서는 전기화학적증착 방법을 통해 graphene-like ${\beta}$-nickel hydroxide (${\beta}-Ni(OH)_2$) 나노판 구조를 전도성 직물에 합성하였다. ${\beta}-Ni(OH)_2$ 슈도커패시터의 유연하고 효율적인 비용의 전극으로서 높은 비정전용량, 우수한 전기화학 가역성, 그리고 뛰어난 사이클 안정성을 보였다. 이런 쉬운 방법으로 유연한 전도성 직물에 합성된 metal hydroxide/oxide 나노구조는 웨어러블 에너지 저장소자와 변환소자 분야에 사용될 것으로 기대된다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.45-47
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• 2018

본 논문은 High Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP) 응용 분야에 적용되는 리튬 이온 베터리를 이용한 커패시터 충전전원 장치에 관하여 다룬다. 기존에 제안하였던 5.4 kJ/s 고전압 커패시터 충전기를 9 kJ/s 로 용량을 늘렸고, 고전압 커패시터 충전기 후단에 공진 충전 회로를 도입하여 2단 충전 구조로 펄스 방전 시 발생할 수 있는 역전압과 reflecting pulses로 부터 커패시터 충전 전원 장치를 보호한다. 제안하는 충전기의 성능은 시뮬레이션 및 기초 부하 실험을 통해 확인되었다.

• 전기화학회지
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• 제10권1호
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• pp.36-42
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• 2007

전기 에너지를 가장 직접적으로 저장하는 기기로써 우리는 흔히 전지(battery)와 콘덴서(condenser)를 생각한다. 산업혁명 이후 과학과 기술의 엄청난 발전에 따라 여러 분야에서 다양한 문명이기의 개발과 활용이 있어왔지만 우리 생활에 밀접히 활용되고 있으며 각종 전기전자 시스템의 핵심 구성품인 이러한 전지나 콘덴서의 기술 발전 속도는 다른 분야에 비하여 상대적으로 뒤쳐진 상황이라고 볼 수 있다. 그러나 최근 10여년 동안 괄목할 만한 소재기술의 발전에 힘입어서 재래식의 콘덴서는 물론 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등과 같은 최신형 2차전지들 조차도 갖지 못하는 장수명, 고출력 특성을 갖는 새로운 형식의 전기에너지 저장장치인 '전기화학커패시터(electrochemical capacitor)'의 개발이 실현되고 있다. 이에, 본 고에서는 전기화학커패시터에 대한 기본적인 이해와 이의 최신기술 동향에 대하여 간략히 소개하기로 한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권4호
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• pp.41-45
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• 2021

본 연구에서는 멤리스터 소자의 높은 신뢰성을 확보하기 위해 소자 제작 단계에서 30 nm 두께의 ZrO₂ 금속산화물 박막 위 국부영역에 리튬 filament seed 층을 패턴하여 작은 이온반경의 리튬이온을 저항변화 주체로 활용하는 멤리스터 소자를 구현하였다. 패턴 된 리튬 filament seed 대비 다양한 상부전극의 면적을 적용하여 멤리스터-커패시턴스 병렬 구조의 이온형 저항변화 소자에서 커패시턴스가 filament type 저항변화 특성에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해 ZrO₂ 박막 위에 5 nm 두께, 5 ㎛ × 5 ㎛ 면적의 리튬 filament seed 증착 후 50 ㎛, 100 ㎛ 직경의 상부전극을 증착, 리튬 메탈의 확산을 위한 250℃ 열처리 전 후 샘플에서 저항변화 특성을 확인하였다. 열확산에 의해 형성된 전도성 filament의 경우 전압에 의한 제어가 불가함을 확인하였으며, 전압에 의해 형성된 filament만이 electrochemical migration에 의한 가역적 저항변화 특성 구현이 가능한 것을 확인하였다. 전압에 의한 filament 형성 시 병렬로 존재하는 커패시턴스의 크기가 filament의 형성 및 소실에 중요한 인자임을 확인하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제10권2호
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• pp.203-210
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• 2005

IMT2000과 같은 휴대용 무선통신 시스템을 위한 혼성마이크로 동력원에 대한 연구를 수행하였다. 혼성마이크로 동력원은 태양전지, 슈퍼커패시터, 리튬이온 전지로 이루어져 있다. 주기적인 펄스성 부하에 대응하기 위하여, 슈퍼 커패시터가 리튬이온 전지와 병렬로 연결되어 펄스전류를 흡수한다. 태양전지는 배터리에 전류를 공금하며, 최대전력점에서 동작하도록 제어된다. 펄스성 부하에도 적용될 수 있는 최대전력점 추적기법이 소개되며, 실험을 통해서 완벽한 추적성능을 입증하였다. 혼성마이크로 동력원들 간의 매칭을 위한 제어기 설계 기법이 제시되며, 실험을 통해 성능을 입증하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.416-422
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• 2015

Lithium Ion capacitor (LIC) is a new storage device which combines high power density and high energy density compared to conventional supercapacitors. LIC is capable of storing approximately 5.10 times more energy than conventional EDLCs and also have the benefits of high power and long cycle-life. In this study, LICs are assembled with activated carbon (AC) cathode and pre-doped graphite anode. Cathode material of natural graphite and artificial graphite kinds of MAGE-E3 was selected as the experiment proceeds. Super-P as a conductive agent and PTFE was used as binder, with the graphite: conductive agent: binder of 85: 10: 5 ratio of the negative electrode was prepared. Lithium doping condition of current density of $2mA/cm^2$ to $1mA/cm^2$, and was conducted by varying the doping. Results Analysis of Inductively Coupled Plasma Spectrometer (ICP) was used and a $1mA/cm^2$ current density, $2mA/cm^2$, when more than 1.5% of lithium ions was confirmed that contained. In addition, lithium ion doping to 0.005 V at 10, 20 and $30^{\circ}C$ temperature varying the voltage variation was confirmed, $20^{\circ}C$ cell from the low internal resistance of $4.9{\Omega}$ was confirmed.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.884-889
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• 2018

본 연구에서는 리튬이온커패시터의 음극으로 polyaniline $(PANI)/WO_3$ 전극을 제조하고, 이의 전기화학적 특성을 측정, 분석하였다. $WO_3$ 전극 표면에 PANI를 전기화학적으로 담지 하였을 때 PANI의 용량이 더해져 $WO_3$ 전극보다 충, 방전 용량이 향상되었다. 한편, 충, 방전 시 태양광을 조사하여 충, 방전 용량과 쿨롱 효율(coulombic efficiency)에 빛 조사가 미치는 영향을 파악하였다. $WO_3$ 전극과 $PANI/WO_3$ 전극에 태양광을 조사하였을 때, 두 전극의 충, 방전 용량과 쿨롱 효율은 태양광을 조사하지 않았을 때보다 증가하였다. 이는 $WO_3$가 빛 조사에 의해 광전자를 생성하여 전극의 전기화학적 특성에 영향을 주기 때문으로 해석되며, $PANI/WO_3$의 경우 PANI 또한 빛에 의해 여기 될 수 있어 전극의 특성이 변하게 된다. 빛 조사에 의해 추가로 생성된 광전자가 $Li^+$ 이온의 삽입(intercalation)에 사용되어 용량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 전극의 전도성을 높여 쿨롱 효율을 향상 시키는 것으로 여겨진다. $PANI/WO_3$는 충, 방전을 반복하여 진행하게 되면 PANI의 불안정성으로 인해 용량이 점차 감소되게 되지만, 빛 조사 시에는 생성된 광전자와 정공으로 인한 산화-환원 반응에 의해 PANI의 안정성이 크게 향상되어 충, 방전 용량의 감소없이 안정적으로 유지되었다.