• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.07a
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• pp.231-233
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• 2018

바나듐 산화 환원 유동 배터리는 긴 수명주기와 높은 에너지효율로 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 에너지가 저장되는 전해질을 순환시키면서 충전 과방전이 이루어진다는 이차전지 인 만큼 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있고 사용자의 요구조건에 따라 출력과 에너지 용량을 매우 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 바나듐 산화 환원 유동 배터리를 다양한 어플리케이션에 적용하기 위하여 바나듐 배터리 운용에서 여러 가지 요소들을 고려하여야 한다. 본 논문에서는 충전 및 방전을 지속했을 때의 용량 감소하는 바나듐 산화 환원 유동 배터리의 특성을 고려하여 가장 까다로운 문제 중 하나인 휴지 기간에서의 자가 방전에 대해 온도와 SOC에 따라 특성 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.681-682
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• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.137.1-137.1
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• 2011

올리빈 구조의 $LiFePO_4$ 정극 활물질은 $650^{\circ}C$에서 고상법으로 제조되었다. $LiFePO_4$의 전자전도도를 향상시키기 위하여 graphite nanofiber(GNF)를 각각 3wt%, 5wt%, 7wt%, 9wt% 첨가하여 $LiFePO_4$-C를 제조하였다. 제조된 분말의 입자 형태를 확인하기 위하여 X-ray diffraction(XRD)과 File Electronic Scaning Electromicroscopy(FE-SEM)를 측정하였다. XRD결과로부터 제조된 분말은 모두 순수한 결정 구조를 나타내었고 입자의 크기는 약 200nm였다. 5wt% GNF를 첨가한 $LiFePO_4$-C는 기타 첨가량에 비해 방전용량이 가장 높았다. 첫 사이클의 용량은 151.73mAh/g 나타났고 50 사이클 뒤에도 92% 이상을 유지하고 있었다. 첨가하지 않은 것에 비해 43% 증가하였다. $LiFePO_4$-C(3wt%), $LiFePO_4$-C(7wt%), $LiFePO_4$-C(9wt%)의 첫 사이클 방전용량은 각각 147.94mAh/g, 136.64mAh/g, 121.07mAh/g 나타났다. $LiFePO_4$-C(5wt%)에 비해 용량은 떨어쪘지만 순수한 $LiFePO_4$보다 많이 높았다. 임피던스 결과를 보면 기타 첨가량에 비해 $LiFePO_4$-C(5wt%)의 저항 제일 낮았다. 이는 충방전 결과와 일치하였다. graphite nanofiber의 첨가로 인하여 $LiFePO_4$ 정극 활물질의 전자전도도가 높아지고, 따라서 전기화학적 특성도 크게 향상되었다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.9 no.4
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• pp.135-141
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• 1998

The effects of heat-treatment on discharge characteristics of $TiFe_{1-x}Ni_x$ alloy were investigated. The content of Ni in alloy was varied from x = 0.1 to 0.6 by each 0.1 increment. Discharge capacity change of each alloy with C/D cycles was measured. With increasing Ni-content initial discharge capacity was increased. but at x = 0.6 it was deceased again. With increasing C/D cycles discharge capacity was rapidly decreased in the alloy of high Ni-content. In order to investigate the effects of heat-treatment on cycle life, $TiFe_{0.5}Ni_{0.5}$ alloy having maximum initial discharge capacity was heat-treated at various temperatures in the range of $700{\sim}900^{\circ}C$ and tested. The loss of initial discharge capacity was appeared at all temperatures. but cycle characteristics of the alloy was improved. The electrodes heat-treated for 1 hour in the range of $700{\sim}850^{\circ}C$ showed good recovery of discharge capacities through repeated cycles, and from SEM observation results these were considered as 1 hour in the range of $700{\sim}850^{\circ}C$ showed good recovery of discharge capacities through repeated cycles, and from SEM observation results these were considered asbeing due to increased electrode strength and small loss of porosity during heat-treatment. The electrode heat-treated for 1 hour at $900^{\circ}C$ showed poor discharge characteristics because of low porosity.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.494-495
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• 2011

초고용량의 커패시터는 신재생 에너지 이용의 증가와 더불어 이용 영역이 점차 넓어지고 있어 유망신규시장의 창출이 기대된다. 따라서, 슈퍼커패시터의 성능을 측정하여 시험할 수 있는 충방전 순환 시험기가 필수적이라 할 수 있다. 이를 위해 슈퍼커패시터의 기본 충/방전 특성을 기준으로, 충전과 방전시의 고속계측이 가능하도록 용량 및 내부저항 측정을 위한 회로와 전압유지특성을 측정하기 위한 회로를 설계하였다. 5V, 100A Proto-type의 충방전 시험 시스템 구축으로 특성 평가결과, 전압 및 전류 측정 정밀도 ${\pm}$ 0.1%이내로 확인하였고, 데이터 모니터링 및 로깅을 위한 프로그램을 제작하였다. 또한 전체시스템 구성과 실험결과를 통해, 본 연구에서 개발하고자 하는 슈퍼커패시터용 충방전 시험 시스템이 실제 응용 가능함을 확인하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2012.07a
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• pp.496-497
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• 2012

전해 커패시터는 인버터 등을 포함하는 전력 변환 장치에 직류 전압 평활용으로 사용되며, 다른 구성 요소와 비교하여 고장 발생률이 가장 높다. 본 논문은 이러한 전해 커패시터의 상태를 진단하는 방법에 대한 것으로 커패시터 전압의 충, 방전을 이용한다. 전해 커패시터가 충전된 상태에서 전동기에 전류를 인가함으로써 커패시터에 충전된 에너지를 방전 시키고, 방전된 에너지로부터 커패시턴스를 추정한다. 정상 상태의 커패시터와 열화된 상태의 커패시터의 용량 변화로부터 커패시터의 상태를 판별한다. 본 논문에서 제안된 기법은 상용 인버터에 적용하는 데 추가의 하드웨어가 필요하지 않아 저가로 구현할 수 있으며, 커패시터 용량의 변화를 신뢰성 있게 추정할 수 있기 때문에 커패시터 고장진단에 효과적이다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.619-620
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• 2015

본 논문은 독립형 마이크로그리드 환경에서의 신재생에너지원의 출력 안정화 및 디젤발전기의 최소 사용을 통한 경제적인 운영을 위해 필요한 ESS(Energy Storage System)의 도입을 위한 용량 산정 및 SOC에 따른 충/방전 알고리즘을 제안한다. 제안한 산정 알고리즘을 통해 도서지역의 독립형 마이크로그리드의 데이터를 활용하여 ESS 용량을 산정하고, 이에 대한 효과를 검증한다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.04a
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• pp.2088-2093
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• 2004

Harmful elements from the exhaust gases are caused by incomplete combustion of mixture inside the engine cylinder and this abnormal combustion like misfire or partial burning is the direct cause of the air pollution and engine performance degradation. In this study, I obtain the shapes of spark, voltage and current generated when changing the experimental parameters such as grounded electrode shapes, electrode gap and the material of center electrodes. After that, I produce ignition energy by using the voltage and current and classify ignition energy into capacitive discharge energy and inductive discharge energy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.491-491
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• 2012

External ballast capacitor를 이용하여 방전에너지를 제어하는 대기압 플라즈마 발생장치를 개발하였다. 기존은 대부분의 대기압 플라즈마 발생장치는 DBD를 이용하여 방전전류를 제어하였으나, 본 연구에서는 유전체를 없이 두 금속전극 사이에서 플라즈마를 발생시켰다. 외부에 연결된 External ballast capacitor에서 방전에너지가 전극 쪽으로 주입되도록 하였다. 따라서 capacitor의 용량과 인가전압에 따라 플라즈마의 방전에너지를 제어할 수 있다. 본 연구에서는 Optical Emission Spectroscopy와 ICCD Camera를 통하여 개발된 플라즈마 발생장치의 온도특성, 밀도와 같은 광학적 특성을 관찰하였으며, 아울러 전기적 특성도 함께 관찰하였다. 이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 것임(2011-0004827).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.691-691
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• 2013

최근 휴대용 전자기기의 전원으로서 가장 널리 사용되고 있는 리튬 이차 전지는 우수한 에너지 밀도, 낮은 자가방전 속도로 인한 비 메모리 효과, 높은 작동전압으로 다양한 전자기기뿐만 아니라 미래형 자동차산업 및 항공산업 분야에서도 점차 사용 빈도가 증가하고 있다. 현재 리튬 이차 전지의 음극물질로 널리 사용되고 있는 흑연의 경우 초기 용량 감소가 크고 이론적인 최대용량(372 mAhg-1, LiC6)이 낮다는 문제가 있어 다양한 대체물질의 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 Si는 Li과 반응하여 Li4.4Si합금을 형성하며 높은 이론용량을 갖고 상용화된 전지의 전압(~3.7 V)보다 0.3 V정도 밖에 낮지 않기때문에 재료의 개발과 함께 바로 사용화 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 Si의 경우 금속 자체로 사용되는 경우 Li 이온이 삽입되어 Li4.4Si형성 시에 310%의 부피 팽창을 일으키게 되어 분쇄반응(pulverization)을 일으키고 충 방전에 따라 급격한 용량 감소를 야기한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 보다 간단한 방법으로 Si층 사이에 수 나노의 Al층을 삽입하여 Si 입자의 부피 팽창으로부터 오는 응력을 상쇄시켜 높은 방전 용량 특성과 우수한 수명 특성을 동시에 구현하였다.