• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.681-682
• /
• 2013

전기는 우리 주변의 에너지 형태 중에서 가장 편리하고 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 전기는 전자제품, 전기자동차, 에너지 저장 플랜트 등 매우 많은 분야에서 저장되고 사용되고 있다. 특히 에너지 저장 용량의 확대는 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 IT 기기의 성장에 결정적인 역할을 하였다. 가볍고 작으면서도 고용량의 전기 에너지 저장 장치가 없었다면, 통신이나 인터넷 그리고 오락 등 다양한 기능을 작은 휴대용 기기에 구현할 수 없었을 것이다. 그러나 시간이 흐를수록 기기의 요구 성능이 높아지고 소비자의 니즈가 더욱더 다양해지고 고도화될수록 단일 부품으로 가장 큰 부피를 차지하는 에너지 저장 장치의 용량과 디자인은 점점 중요해지고 있다. 이러한 에너지 저장 장치에서 가장 친숙한 형태는 2차 전지 계열이다. 납 축전지를 비롯하여, 니켈수소, 니켈카드뮴, electrochemical capacitor와 Li ion 계열 등이 대표적이다. 특히 Li ion 배터리는 모바일, 자동차 및 에너지 저장 그리드 등과 같은 다양한 분야에 가장 많이 적용되고있다. Li ion 배터리에 대하여 현재의 핵심적인 연구분야는 전극 재료(cathode, anode)와 electrolyte에 대한 것이다. Anode 전극 재료 중에서 가장 많이 사용되는 재료는 카본을 기반으로 하는 재료로 안정성에 대한 장점이 있지만 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다. 에너지 저장 용량 증가에 대한 필요성이 증가하기 때문에 현재 많이 사용되고 있는 에너지 밀도가 낮은 카본 재료를 대체하기 위해서 이론 용량이 높다고 알려진 실리콘과 같은 메탈이나 주석 산화물과 같은 천이 금속 산화물에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 현재까지 알려진 많은 재료 중에서 가장 큰 capacity (~4,000 mAh/g)를 가지고 있다고 알려진 실리콘이 카본의 대체 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나, Li 과 반응을 하며 약 300~400%에 달하는 부피팽창이 발생하고, 이러한 부피 팽창 때문에 충 방전이 진행됨에 따라 current collector로부터 박리되는 현상을 보여 빠른 용량 감소를 보여주고 있다. 본 연구에서는 adhesion layer를 current collector와 실리콘 전극 재료 사이에 삽입하여 충 방전 시 부피팽창에 의한 미세구조의 변화와 electrochemical 특성에 대한 영향을 알아보았다. 실험에 사용한 anode 전극은 상용 Cu foil current collector에 RF/DC magnetron 스퍼터링을 통해 다양한 종류(Ti, Ta 등)의 adhesion layer과 200 nm 두께의 Si 박막을 증착하였다. 또한 Bio-logic Potentiostat/ Galvanostat VMP3 와 WanAtech automatic battery cycler 장비를 사용하여 0.2 C-rate로 half-cell 타입의 코인 셀로 조립한 전극에 대한 충 방전 실험을 진행하였다. Adhesion layer의 사용으로 인해 실리콘 박막과 Cu current collector 사이의 박리 현상을 줄여줄 수 있었고, 충 방전 시 Cu 원자의 실리콘 박막으로의 확산을 통한 brittle한 Cu-Si alloy 형성을 막아 줄 수 있어 큰 특성 향상을 확인할 수 있었다. 또한, 리튬과 실리콘의 반응을 통한 형태와 미세구조 변화를 SEM, TEM 등의 다양한 장비를 사용하여 확인하였고, 이를 통해 adhesion layer의 사용이 전극의 특성향상에 큰 영향을 끼쳤다는 것을 확인할 수 있었다.

• 공업화학
• /
• 제8권4호
• /
• pp.568-574
• /
• 1997

Ni/MH전지에서 Cu 도금이 MH(metal hydride)음극의 전극 특성에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. $LaNi_5$와 Cu도금된 $LaNi_5$를 활물질로 사용하여 냉간압착법과 페이스트법의 혼용법으로 전극을 제조하였다. 그 결과 소량의 CMC(carboxymethylcellulose sodium salt)를 첨가하고 열처리를 행하지 않은 전극이 높은 방전용량을 보였다. $LaNi_5$보다는 Cu 도금된 $LaNi_5$를 활물질로 사용하여 제조한 전극의 방전용량이 증가하였으며, 이는 $LaNi_5$표면에 도금된 구리에 의해 전극의 전자 전도도가 증가되었기 때문이며 도금된 구리의 양이 증가할 수록 그 효과는 현저하였다. 또한 전극의 방전용량은 산성 무전해도금의 경우가 알칼리성 무전해도금을 행한 전극보다 우수한 용량을 나타내었다. Al이 첨가된 $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$ 전극이 $LaNi_5$전극보다 우수한 방전용량을 보였다. 구리 도금이 $LaNi_5$의 피독특성에 미치는 영향을 CO기체의 피독실험으로 조사하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제10권4호
• /
• pp.225-232
• /
• 1999

Ni-MH 2차 전지의 음극재료로 사용되는 수소저장합금중 이론 방전용량이 가장 높은 $Mg_2Ni$를 기계적 합금법으로 제조하여 각종 첨가물의 첨가에 따른 전기화학적 특성을 조사하였다. $Mg_2Ni$는 고에너지 볼밀인 SPEX 8000을 이용하여 두가지 방법으로 제조하였다. 하나는 Mg, Ni 분말에 첨가물인 $AB_5$, $AB_2$계 수소저장합금과 Ni, Co, Cu를 첨가하여 12시간 볼밀링한 경우이고, 다른 하나는 먼저 Mg, Ni 분말을 1시간동안 볼밀링한 후 $300{\sim}400^{\circ}C$에서 열처리하여 $Mg_2Ni$를 제조한 후 여기에 첨가물을 10wt% 첨가하여 12 시간동안 볼밀할 경우이다. 이 볼밀링한 복합분말을 상온에서 $754tons/cm^2$의 압력으로 냉간압착하여 디스크 모양의 전극을 제조하였다. 실험결과 볼밀링 후 열처리를 거친 합금분말의 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 전극의 방전용량이 높았으며, Ni을 첨가한 경우는 방전용량을 증가시키고 Co를 첨가한 경우는 싸이클 특성이 향상되었다. 특히 $Mg_2Ni$에 Ni을 10wt%를 첨가하여 12시간 볼밀한 경우 $Mg_2Ni$의 최대 방전용량은 546mAh/g.alloy으로 이론용량의 약 55%에 달했다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제30권2호
• /
• pp.362-370
• /
• 2013

Coconut shell 계 상용 활성탄을 후처리하여 EDLC 전극재로 적용하였다. Coconut shell계 활성탄을 별도의 처리없이 EDLC 전극재로 사용하였을 때, 초기 무게용량 및 부피용량은 66 F/g 및 39 F/cc이었고, 100 사이클 충 방전을 반복한 후, 각각 54 F/g 및 32 F/cc로 감소하여 82%의 충 방전효율을 나타내었다. 충 방전 반복에 따른 용량의 감소폭이 크며, CV 특성에서 부반응에 의한 분극현상이 발생하여 전극재로 적합하지 않았다. 상업용 활성탄에 포함된 불순물을 효율적으로 제거하기 위하여 알칼리 및 산 처리를 하였고, 그 후 세공 분포와 표면의 산성 관능기 함량을 제어하기 위하여 질소 분위기에서 열처리하였다. 알칼리 및 질산처리 한 후 $800^{\circ}C$에서 열처리한 전극재의 경우, 초기부피용량 44 F/cc, 100사이클 후 42 F/cc로서 실용화 가능한 수준의 높은 부피용량 및 95% 이상의 높은 충 방전 효율을 나타내었다.

• 한국자기학회지
• /
• 제12권5호
• /
• pp.168-173
• /
• 2002

본 연구에서는 인체모델(humman body model; HBM)을 터널링 자기저항(tunneling magneto resistance; TMR)소자에 연결하여 정전기에 대한 방전특성을 연구하였다. 이를 위해 제조된 TMR 시편을 전기적 등가회로 바꿔 HBM에 연결하여 PSPICE를 이용해 시뮬레이션 하였다. 이러한 등가회로에서 접합부분의 모델링 요소들의 값을 변화시켜 방전특성을 관찰할 수 있었다. 그 결과 시편의 저항과 정전용량 성분의 값이 다른 요소들에 비해 수배에서 수백 배까지 커서 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD) 민감도를 좌우하는 주요한 요소임을 알 수 있었다. 여기에서 ESD현상에 대한 내구성을 향상시키기 위해서는 정전용량을 증가시키는 것 보다 접합면과 도선의 저항값을 줄이는 것이 유리하다. 그리고 직류 전압에 대해 절연층의 전위 장벽이 낮아져 많은 전류가 흐르게 되는 항복(breakdown)전압과 셀의 물리적 구조 및 성질이 변형되어 회복되지 못하는 파괴(failure)전압을 측정하여 DC 상태에서의 내구성을 연구하였다. 이 결과를 HBM 전압에 대한 파괴 전압으로 간주하여 TMR 소자가 견딜 수 있는 HBM 전압을 예측할 수 있었다.

• 한국조명전기설비학회:학술대회논문집
• /
• 한국조명전기설비학회 2002년도 학술대회논문집
• /
• pp.9-13
• /
• 2002

본 과제는 한국 에너지관리공단의 지원으로 고효율의 100-W 급 고주파 방전 형광램프 광원 기술을 개발하는 프로젝트로 경쟁성 있는 원천 기술을 개발하여 기술 이전에 의한 사업화를 궁극적인 목표를 갖고 수행하고 있다. 제 1 차 년도에서는 당초계획보다 앞당겨 형광 램프의 효율을 높이는 실험을 수행하여 일차적으로 괄목할 결과를 얻었다. 기술적으로 유도형＋용량형 결합의 혼합형 방전 회로를 채택하여 순수한 용량형 결합 방전에 의한 조도보다 25% 이상의 조도 증가를 성취 하였다. 이 같은 결과는 직관형 및 환형 무전극 형광등에서 정도의 차이는 있으나 같은 경향의 결과를 성취 하였다. 전기적 및 방전 물리의 최적화로 두 경우 다 괄목할 개선을 이룰 수 있을 것이다. 다른 한편으로는 연구개발에 필요한 장비를 사업 종료 후 상품화 기술 개발을 위한 장비로 활용할 수 있도록 시스템 디자인 및 장비 구축도 수행 하였다. 제 2차 년도에서는 1차년도의 긍정적인 결과를 바탕으로 시스템 전반에 걸친 최적화를 기도하고, 상용화에 대비하는 시제품 개발에 정진 할 것이다. 부록에는 연구 개발에 필요한 주요 연구 장비의 성능 및 활용 방법을 첨부 하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.161-165
• /
• 2012

충전과 방전이 빈번히 발생하는 축전지의 사용수명을 늘리고 안정적인 사용을 위해서는 과 방전을 방지하는 것이 가장 중요한 요인중 하나이다. 축전지의 건강상태를 파악하는 방법에는 여러 가지로 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 본 논문에서는 가장 간단하게 축전지의 상태를 파악할 수 있는 단자전압을 이용하는 방법을 활용하여 축전지의 잔존용량을 파악하였다. 일정 전압 이하로 축전지의 전압이 떨어지지 못하도록 간단하게 비교기를 이용하여 과 방전이 되지 못하도록 설계 제작하였다. 상수도 시설이 없는 장소의 저수조탱크의 물 소독을 목적으로 제작된 태양광발전을 응용한 소독약 자동 주입장치의 축전지에 설계한 회로를 제작 설치하여 그 동작실험을 하고 그 유용함을 확인하였다.

• 문화기술의 융합
• /
• 제9권3호
• /
• pp.727-730
• /
• 2023

전세계적으로 온실가스 및 미세먼지 저감을 위한 탄소중립 정책에 따라 전기차보급이 확대될 전망이다. 전기자동창의 운용은 열악한 환경에서 사용되고 충전과 방전 등을 거듭할수록 에너지밀도가 낮아지고 내부분리막의 손상등의 이유로 건전성이 떨어짐에 따라 차량의 주행거리가 줄고, 충전 속도가 느려지는 이유로 대략 5~10년 정도 사용한 배터리들은 폐배터리로 분류하며 이 같은 이유로 배터리 화재 및 폭발 등의 위험성이 높아 지게 됩에 따라 배터리의 진단 및 SOH의 추정이 필수적이라 할 수 있다. 배터리 SOH추정은 매우 중요한 요소로 현재는 배터리 충방전을 반복하면서 소요되는 시간, 온도, 전압을 측정하여 배터리의 상태를 평가하는데 정확도가 낮다. 불안정한 폐배터리를 다수의 반복적 충전과 방전을 통해 진단하는 과정에서 화재 및 폭발의 취약점을 보완하여 신뢰성이 높은 폐배터리의 상태데이터를 취득할 수 있는 기반을 마련하고 본 논문에서는 리튬이온 배터리의 SOH예측을 위해 테슬라 폐배터리를 이용한 방전 용량 측정을 바탕으로 획득한 데이터를 서포트 벡터 머신 기반으로 예측하고자 하였다.

• 청정기술
• /
• 제24권4호
• /
• pp.332-338
• /
• 2018

현재 리튬이온전지의 음극 소재 활물질로는 흑연이 주로 사용되고 있다. 그러나 흑연의 최대 이론 용량이 $372mA\;h\;g^{-1}$으로 제한되기 때문에 차세대 고용량 및 고에너지 밀도의 리튬이온전지 개발을 위해서는 새로운 음극 소재 활물질이 필요하다. 여러 음극 소재 활물질 중에서 Si의 최대 이론 용량은 $4200mA\;h\;g^{-1}$으로 흑연의 최대 이론 용량보다 약 10배 이상 높은 값을 나타내고 있지만 부피 팽창율이 거의 400%로 크기 때문에 사이클이 진행될수록 비가역 용량이 증가하여 충전 대비 방전 용량이 현저히 감소하는 현상을 나타내고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 Si 음극 소재 활물질의 입자 크기를 조절하여 기계적 응력 및 반응상의 체적 변화를 감소시켜 사이클 특성을 다소 향상시킬 수 있다. 따라서 Si 입자의 부피 팽창율에 따른 충전 및 방전 용량의 감소를 최소화하기 위해 공정 시간 및 원가 절감이 우수한 건식 방법으로 Si을 분쇄하여 사이클 특성 향상에 관한 연구를 진행 하였다. 본 논문에서는 진동밀을 이용하여 Si을 나노 크기로 제어하고 실험 변수에 따른 재료들의 물리화학적 특성과 전기화학적 특성을 측정하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 1998년도 추계학술발표회 초록집
• /
• pp.92-92
• /
• 1998

반도체 기술의 경이적인 발전에 힘입이 최근 휴대용 이동통신기기, 노트북 컴퓨터 등 무선전자제품의 폭발적인 수요와 함께 이들의 소형화, 경량화가 요구되어 전원인 2차전지의 경량화, 고용량화, 장수명화의 필요성이 절실해졌다. Ni-MH 전지는 Ni-Cd전지에 비해 에너지밀도가 1.5~2배에 이르고 충방전 cycle이 길며 오염물질이 없어 환경 친화적이라는 장점이 었다. Ni-MH 전지의 성능은 음극재료인 수소저장합금에 의해 좌우되므로 수소저장능력이 크고 내식 성이 우수한 합금개발이 중요하다. $CaNi_5$는 수소저장능력이 크고 매장량이 많아 값이 싸다는 장점이 있지만 KOH 용액에서 내구성이 떨어진다는 단점이 있어 주로 Heat Pump 재료에만 사용이 제한되어왔다. 본 실험에서는 결정 구조의 nanocrystalline 및 amorphous화함으로써 해리압의 변화, 방전용량의 변화 등 새로운 전극 특성을 나타낸다고 보고되고 있는 MG (Mechanical Grinding)방법을 통해 CaNis 합금의 전극특성의 변화를 살펴보았고, 아울러 고상-기상반응에서 표면에 형성된 산화피막을 제거하여 안정한 불화물을 표면에 형성시킴으로써 불순물 가스에 대한 내구성을 높이고 활성화특성을 향상 시킨다고 보고되고있는 불화처리 방법을 이용하여 불화처리 시간을 달리하면서 용액 속에서의 pH의 변화, ICP분석, 전극의 성능 및 표면 특성변화를 충방전 test, SEM 등을 통해 고찰하였다.