• 전기화학회지
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• 제16권1호
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• pp.9-18
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• 2013

Zinc air 전지의 구성요소와 전지의 특징을 설명하였다. 리튬 이온 전지에 비해 월등히 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 충전의 비가역성으로 인한 낮은 용량 유지 특성 때문에 zinc air 이차전지는 아직 상용화되지 못하였다. Zinc air 전지는 충방전에 관여하는 반응들의 속도가 느려서 그 반응들의 속도를 촉진해야 하는 특징이 있는가 하면 동시에 부식과 수소발생 반응의 속도는 오히려 느리게 해야 하는 까다로운 조건을 만족해야 한다. 기존의 전지들과 비교하면, 기초연구뿐 아니라, 전지의 기계적구조, 부식, 복합소재적인 요소의 적용이 더욱 필요한 연구분야라고 하겠다. 출력개선과 부식방지 그리고 공기의 공급에 대비한 물의 증발의 억제 등은 상충하는 성질을 동시에 만족해야 하는 복합소재의 특성이다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 2부
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• pp.753-756
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• 2011

지속적인 충/방전에 의하여 표준 수명 보다 더 빠른 노화 현상을 일으키는 배터리의 효율적인 관리를 위하여, 배터리의 내부 상태를 모니터링 하였다. 정확한 배터리 모니터링을 위해서 해당하는 배터리의 잔존 용량 및 잔존 수명을 정확히 예측할 수 있어야 하며, 이를 위해 Open Voltage를 사용한 실험, 에너지 보존 법칙에 의한 충전 전류 측정법, 시동 시 최대 전류와 내부 저항의 변화량을 알아내는 실험을 하였다. Open Voltage 실험 결과, SOC수치에 따른 특정 전압의 범위를 알 수 있었고, 이 전압은 온도에 의해 변동된다는 것을 확인할 수 있었다. 충전 그래프를 그려본 결과 충전횟수와 완충에 걸리는 시간은 반비례하며, 배터리 내부에 충전되는 총 전류의 양과도 관계가 있었다. 시동 실험에서는 최저 전압 드롭 값과 최대 공급 전류의 범위를 알 수 있었으며, 특정 SOC 구간 내 내부 저항의 값을 차이를 알 수 있었다. 이 값들은 각 SOC의 수치에 비례한 결과를 보였다. 이 결과들을 정리하여, 배터리 내부 상태를 예측하는 방법을 제안하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.186.2-186.2
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• 2014

최근 친환경 에너지에 대한 관심이 증폭되면서 리튬이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 음극(anode) 물질의 경우 기존의 흑연(graphite)보다 이론적 용량이 약 10배 이상 높은 실리콘(Silicon)에 대한 관심이 매우 높다. 하지만 Si의 경우 리튬 충전거동 시 400% 이상의 부피팽창으로 몇 번의 충전/방전 싸이클(cycle)에 전극이 파괴되는 문제점을 지니고 있다. 이를 극복하기 위해 Si 나노선이 고려되고 있다. 우수한 전극특성을 갖는 Si 소재를 개발하기 위해서는 원자단위에서 Si 나노선의 리튬 충전 메커니즘을 살펴보는 것이 매우 중요하다. 하지만 기존의 시뮬레이션 기법으로는 Si 나노선의 볼륨팽창에 관한 메커니즘과 리튬 충전과정에서의 상변화(결정질에서 비정질) 과정을 설명하기는 기술적으로 매우 힘들다. 고전적인 분자동역학 방법의 경우 실제 나노스케일을 고려할 수 있지만, empirical potential로는 원자들간의 화학반응을 제대로 묘사할 수 없다. 한편 양자역학에 기반을 둔 제일원리방법의 경우 계산의 복잡성으로 현재의 컴퓨터 환경에서는 나노스케일에서 원자들의 동역학적인 거동을 연구하기 매우 힘들다. 우리는 이러한 문제를 해결하기 위해 실제 나노스케일에서 원자간 화학반응을 예측할 수 있는 Si-Li 시스템의 Reactive force field를 개발하였고, 분자동역학 계산방법을 이용하여 Si 나노선의 Li 충전 메커니즘을 규명하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.188-196
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• 2009

슈퍼커패시터는 전력밀도가 높고 사이클 수명이 길며 깨끗한 특성으로 인해 신재생에너지원의 동특성 보상 및 배터리의 동작시간이나 수명연장을 목적으로 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 개선된 슈퍼커패시터의 동특성 모델을 전기화학적 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 개발한다. 개발된 모델은 슈퍼커패시터의 정확한 동적 행동을 예측하거나 특정 충전상태(State-Of-Charge)에서의 정확한 정전용량 값을 계산하는데 사용될 수 있다. 주파수영역에서 개발된 모델은 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 위하여 시간영역으로 등가 변환된다. 시뮬레이션 결과는 실험 결과와 일치하였으며, 이를 통해 개발된 모델의 유용함과 정확성을 증명하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.283-291
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• 2010

리튬이온전지의 음전극으로 사용하기 위해 주로 알카리 수열합성법과 열처리에 의해 제조되는 $TiO_2$ 나노튜브의 전기화학적 특성에 관한 연구결과를 조사하여, 그 충방전 특성을 분석하였다. 현재까지 리튬과 $TiO_2$의 전기화학반응으로 생성되는 $Li_xTiO_2$의 이론용량인 $335mAh\;g^{-1}$(x=1)를 초과하는 최대방전용량 $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01)을 $TiO_2(B)$ 상을 갖는 나노튜브가 나타내었다. 이것은 리튬의 자가확산이 활성에너지 0.48 eV 정도로 느리므로 이보다 확산거리가 짧도록 $TiO_2$ 나노튜브의 구조를 조정하여 리튬 수송이 원활하도록 하였기 때문이다. 또한 $TiO_2$ 나노튜브 구조체는 벌크상은 물론 표면에서의 뛰어난 이온저장성 때문에 리튬이온전지의 음전극 소재뿐만 아니라 고출력 특성이 필요한 커페시터 소자의 전극소재로도 활용할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.42-48
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• 2021

본 연구에서는 LiNi0.85Co0.15O2의 전기화학적 특성과 열적 안정성을 향상시키기 위하여 LiNi0.85Co0.15O2에 이종원소인 Zn와 Al을 함께 첨가하여 고상법으로 합성하였다. 물질의 결정 구조, 크기 및 표면 상태는 XRD, SEM을 이용하여 분석하였고 전기화학적 특성은 충방전기를 이용하여 CV(cyclic voltammetry), 초기 충·방전 프로파일, 출력 특성, 수명 특성 등을 측정하였다. Al-O의 강한 결합에너지는 양극활물질의 구조적 안정성을 향상시켰으며, Li+와 Ni2+의 양이온 혼합을 막아 전기화학적 특성 또한 향상되었다. Zn의 큰 이온반경은 양극활물질의 격자상수를 증가시켜 단위 셀의 부피가 확장되었다. Zn와 Al을 0.025몰씩 첨가한 물질의 경우, 0.5 C-rate의 전류밀도에서 100 사이클 동안 80%의 용량 유지율을 보여주었으며 이 결과는 NC 양극활물질보다 12% 높은 수치이다. 또한, 5 C-rate에서의 방전용량은 104 mAh/g으로 기존의 NC 양극활물질보다 36 mAh/g 높은 수치를 보였다. Zn과 Al이 0.025몰씩 첨가된 NC 양극활물질은 출력 특성, 수명 특성에서 우수한 특성을 보여주었다.

• 유기물자원화
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• 제31권3호
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• pp.27-34
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• 2023

본 연구에서는 여러 종류의 식물성 바이오매스 폐기물을 리튬이온전지용 음극활물질로 재활용하고자 하였다. 수거한 바이오매스는 세척 및 분쇄 후 질소 환경(850℃)으로 탄화하였으며, 이를 FE-SEM, EDS, FT-IR을 사용하여 물리·화학적 특성을 비교하였다. 바이오매스 기반의 탄소 전구체로 왕겨, 밤껍질, 녹차 티백, 커피 폐기물을 사용했으며, 전구체의 성분에 따라 형태 및 탄소화 정도의 차이가 발생함을 확인하였다. 바이오매스 폐기물로 제조된 탄소를 음극재로 활용하여 전기화학 성능을 비교한 결과 각각 65.8, 80.2, 90.6, 104.7mAh g^-1의 방전용량을 나타내었으며, 커피 폐기물을 전구체로 제조한 탄소가 가장 높은 방전용량을 나타내었다. 이는 바이오매스의 원소 조성 및 구성성분 차이로 인해 탄화 정도가 달라지기 때문이다. 최종적으로, 환경오염을 유발하는 다양한 식물성 바이오매스를 탄화를 통해 효과적인 에너지 저장매체로 활용할 수 있는 가능성을 제시하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권4호
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• pp.1088-1095
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• 2018

본 연구에서는 탄소 나노재료 중 환원된 그래핀 옥사이드와 전도성 고분자중 폴리아닐린을 복합화 하여 슈퍼커패시터용 전극을 제조하였으며, 각각의 전극 재료가 가지는 단점을 서로 보완하고 장점을 극대화시킴으로써 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상 시킬 수 있었다. 전극 물질에 사용된 폴리아닐린은 아닐린 단량체를 화학 중합법으로 제조하였고, 환원된 그래핀 옥사이드는 별도의 전 처리 과정 없이 사용하였으며, DMF(N,N-dimethyl formamide)를 용매로 도입하여 분산용액을 제조하였다. 분산용액은 금이 코팅된PET(Polyethylene terephthalate) 기판위에 산업적 스케일로 적용이 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하여 전극으로 제조하였다. 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극의 전기화학적 특성을 비교하기 위하여 환원된 그래핀 옥사이드와 폴리아닐린 단일 전극을 제조하였으며, 동일한 조건하에서 순환전압전류법, 임피던스 분광법, 정전류 충 방전법을 통하여 각각의 전극이 나타내는 전기화학적 특성을 비교 분석 하였다. 그 결과로, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사 단일 전극에 비하여 전기 용량 값이 높게 나타났으며, 전해질 계면과의 내부 저항은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사이드 단일 전극에 비하여 각각 24 %, 58 % 감소하는 결과를 나타내었다. 이러한 결과로 미루어보아 본 연구를 통하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료 기반의 전극은 유연성 에너지 저장 매체나 웨어러블 전자기기에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 전기화학회지
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• 제14권4호
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• pp.201-207
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• 2011

수퍼커패시터는 다양한 응용범위를 갖는 유망한 에너지 저장장치로서 활발히 연구되고 있으며, 에너지 밀도 향상을 위하여 이온성 액체의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 4급화 반응과 음이온 교환반응을 거쳐 4급 imidazolium 염을 생성하는 반응으로 두 종류의 EMI-$BF_4$를 합성하였다. $^1H$-NMR을 통하여 EMI-$BF_4$의 합성을 확인하였고 TGA를 통하여 열적안정성을 확인하였으며, 이때 합성된 이온성 액체를 열처리한 경우 열적 안정성이 향상되었다. LSV를 통하여 본 연구에서 합성한 EMI-$BF_4$가 4 V 이상의 넓은 전위창을 가지고 있어, 기존의 전해질 대비 우수한 전기화학적 안정성을 가지고 있음을 확인하였다. 충방전 실험 결과 본 실험에서 합성한 이온성 액체를 상용화 제품과 비교한 경우 용량은 각각 0.067 F 및 0.073 F로 측정되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.325-333
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• 2007

[ $LiNi_{0.995}Al_{0.005}O_2$ ], $LiNi_{0.990}Ti_{0.010}O_2$ and $LiNi_{0.0990}Al_{0.005}Ti_{0.005}O_2$ were synthesized with a combustion method by calcining in an $O_2$ stream at $750^{\circ}C$ for 36 h. The X-ray diffraction patterns of these synthesized samples showed $-NaFeO_2$ structure of rhombohedral system(space group; $R{\bar{3}}\;m$) with no evidence of impurities. Among these samples, $LiNi_{0.995}Al_{0.005}O_2$ exhibited comparatively high first discharge capacity and discharge capacity, and the best cycling performance. $LiNi_{0.995}Al_{0.005}O_2$ had the first discharge capacity of 165.2 mA h/g and a discharge capacity of 116.7 mA h/g at the 50th cycle at 0.1C rate. It showed the first discharge capacity of 141.0 mA h/g and a discharge capacity of 93.5 mA h/g at the 50th cycle at 0.5C rate.