• Korean Journal of Materials Research
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• v.8 no.12
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• pp.1099-1109
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• 1998

To investigate the effect of V and Sb on the corrosion behavior of Zr- based alloys, corrosion tests were performed on 6 kinds of Zr alloys in an autoclave at $360^{\circ}C$ for 100 days. The transition of the corrosion rate occurred in the sample containing 0.1wt.%V after 10 days but did not occur in the samples containing 0.2wt.%V and 0.4wt.%V. The corrosion resistance of V containing alloys increased with increasing V contents from 0.1 to 0.4wt.% and the alloys containing 0.4wt.%V showed the best corrosion resistance. In the ternary alloys containing 0.1wt.%Sb and 0.4wt.%Sb, the corrosion rate increased significantly from the short exposure time. It was observed that the optimal Sb content for corrosion resistance was 0.2wt.%. The size and volume fraction of precipitates increased with increasing V and Sb contents. The superior corrosion resistance was observed in the Zr alloy having precipitate size of 0.11-0.13$\mu\textrm{m}$. From the result of corrosion behavior and the obserbation of precipitates, the optimal size of the precipitate appear to control the electron conduction in the cathodic reaction and play an important role in maintaining a stable oxide microstructure.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.32 no.2
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• pp.165-173
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• 2019

Lithium anodes (13, 15, 17, and 20 wt% Li) were fabricated by mixing molten lithium and iron powder, which was used as a binder to hold the molten lithium, at about $500^{\circ}C$ (discharge temp.). In this study, the effect of applied pressure and lithium content on the discharge properties of a thermal battery's single cell was investigated. A single cell using a Li anode with a lithium content of less than 15 wt% presented reliable performance without any abrupt voltage drop resulting from molten lithium leakage under an applied pressure of less than $6kgf/cm^2$. Furthermore, it was confirmed that even when the solid electrolyte is thinner, the Li anode of the single cell normally discharges well without a deterioration in performance. The Li anode of the single cell presented a significantly improved open-circuit voltage of 2.06 V, compared to that of a Li-Si anode (1.93 V). The cut-off voltage and specific capacity were 1.83 V and $1,380As\;g^{-1}$ (Li anode), and 1.72 V and $1,364As\;g^{-1}$ (Li-Si anode). Additionally, the Li anode exhibited a stable and flat discharge curve until 1.83 V because of the absence of phase change phenomena of Li metal and a subsequent rapid voltage drop below 1.83 V due to the complete depletion of Li at the end state of discharge. On the other hand, the voltage of the Li-Si anode cell decreased in steps, $1.93V{\rightarrow}1.72V(Li_{13}Si_4{\rightarrow}Li_7Si_3){\rightarrow}1.65V(Li_7Si_3{\rightarrow}Li_{12}Si_7)$, according to the Li-Si phase changes during the discharge reaction. The energy density of the Li anode cell was $807.1Wh\;l^{-1}$, which was about 50% higher than that of the Li-Si cell ($522.2Wh\;l^{-1}$).

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.35 no.4
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• pp.398-406
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• 2022

In order to increase the electrochemical performance of thermal battery anode, LIFT anode having the same weight but a larger lithium content in electrodes was fabricated by mixing lithium, iron and titanium. By applying these electrodes, a single cell and a thermal battery were prepared, and the effect of LIFT anode on electrochemical performance was evaluated. The LIFT-applied single cell presented a better cell performance than LIFe-applied single cell at 500℃ and 550℃. The discharge performance of LIFT-applied single cell, which included the operating time (787s), specific capacity (1,683 Asg^-1), and electrode utilization (80.7%), was improved collectively compared to the LIFe applied single cell (736s, 1,245 As g^-1, and 74.6%) at 500℃. As the discharge progressed, the internal resistance of LIFT anode decreased, because the lithium migration path was formed due to the presence of large titanium particles among iron particles. These results were analyzed in terms of the microstructure of electrode using SEM. Energy density of LIFT-applied single cell also increased by 10% to 142.1 Wh kg^-1 compared to that of LIFe-applied single cell (127.4 Wh kg^-1). In addition, the LIFT-applied single cell presented a stable discharge performance for 6,500s without a short circuit which could occur by molten lithium under an open circuit voltage condition with a high pressure (4 kgf cm^-2). As observed in the high temperature thermal battery performance tests, the voltage and specific capacity of LIFT-applied thermal battery are superior to those of LIFe-applied thermal batteries, indicating that the energy density of LIFT-applied thermal batteries should remarkably increase.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.6
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• pp.649-656
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• 2011

A model for the numerical simulation of lithium-ion batteries (LIBs) is developed for use in battery cell design, with a view to improving the performances of such batteries. The model uses Newman-type electrochemical and transfer $theories^{(1,2)}$ to describe the behavior of the lithium-ion cell, together with the Levenberg-Marquardt optimization scheme to estimate the performance or design parameters in nonlinear problems. The mathematical model can provide an insight into the mechanism of LIB behavior during the charging/discharging process, and can therefore help to predict cell performance. Furthermore, by means of least-squares fitting to experimental discharge curves measured at room temperature, we were able to obtain the values of transport and kinetic parameters that are usually difficult to measure. By comparing the calculated data with the life-test discharge curves (SB LiMotive cell), we found that the capacity fade is strongly dependent on the decrease in the reaction area of active materials in the anode and cathode, as well as on the electrolyte diffusivity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.148-148
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• 1999

다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가진 입방정 질화붕소(cubic Boron Nitride)는 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되는 자료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 기대되는 재료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 크게 기대된다. 이 때문에 각종의 PVD, CVD 공정을 이용하여 c-BN 박막의 합성에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 많은 성공사례들이 보고되고 있다. 그러나 이러한 c-BN 박막의 유용성에도 불구하고 아직 실제적인 응용이 이루어지지 못한 것은 증착직후 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력문제때문이다. 본 연구에서는 평행자기장을 부가한 ME-ARE(Magnetically Enhanced Activated Reactive Evaporation)법을 이용하여 c-BN 박막을 합성하고, 합성된 c-BN 박막의 밀착력에 미치는 공정인자의 영향을 규명하여, 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력 향상을 위한 최적 공정을 도출하고자 하였다. BN 박막 합성은 전자총에 의해 증발된 보론과 (질소+아르곤) 플라즈마의 활성화반응증착(activated reactive evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE장치와 달리 열음극(hot cathode)과 양극(anode)사이에 평행자기장을 부여하여 플라즈마를 증대시켜 반응효율을 높혔다. 합성실험용 모재로는 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 30$\times$40 mm크기로 절단 후, 100%로 희석된 완충불산용액에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한후 사용하였다. c-BN 박막을 얻기 위한 주요공정변수는 기판바이어스 전압, discharge 전류, Ar/N가스유량비이었다. 증착공정 인자들을 변화시켜 다양한 조건에서 c-BN 박막의 합성하여 밀착력 변화를 조사하였다. 합성된 박막의 결정성 분석을 FTIR을 이용하였으며, Bn 박막의 상 및 미세구조관찰을 위해 투과전자현미경(TEM;Philips EM400T) 분석을 병행하였고, 박막의 기계적 물성 평가를 위해 미소경도를 측정하였다. 증착된 c-BN 박막은 3~10 GPa의 큰 잔류응력으로 인해 증착직후 급격한 박리현상을 보였다. 이의 개선을 위해 증착중 기판바이어스 제어 및 후열처리를 통해 밀착력을 수~수백배 향상시킬 수 있었다. c-BN 박막의 합성을 위해서는 증착중인 박막표면으로 큰 에너지를 갖는 이온의 충돌이 필요하기 때문에 기판 바이어스가 요구되는데, c-BN의 합성단계를 핵생성 단계와 성장 단계로 구분하여 인가한 기판바이어스를 달리하였다. 이 결과 그림 1에서 나타낸 것처럼 c-BN 박막의 핵생성에 필요한 기판바이어스의 50% 정도만을 인가하였을 때 잔류응력은 크게 경감되었으며, 밀착력이 크게 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.50-50
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• 1999

마이크로 공정을 이용한 초소형 정밀 기계는 공정 기술과 재료 기술의 발전에 의하여 더욱 소형화되고 있으며 특히 기능을 갖는 부분과 이 부분을 제어하는 주변회로의 on-chip화의 요구가 증가되기 시작하였다. 이와 같은 추세에 있어서의 문제점은 초소형 정밀기계 부품 소자의 구동을 위한 에너지원의 개발이다. 즉, 소자의 크기가 작아진 것에 부합되는 초소형의 전지가 필요하게 된 것이다. 따라서 보다 완전한 초소형 정밀 기계 및 마이크로 소자의 구현을 위하여 마이크로 소자와 혼성 (Hybrid) 되어 이용될 수 있는 고성능 및 초소형의 전지의 개발이 필수적이다. 초소형 전지의 구현을 위하여 Li계의 2차 전지를 선택하여 이를 박막화하고 반도체 공정을 도입할 수 있다. 이러한 전지를 박막형 2차 전지 또는 박막형 마이크로 전지(thin film Secondary Battery : TFSB or Thin Film Micro-Battery : TFMB)라 하며 이러한 2차 전지는 일반적인 벌크 전지와 동일하게 cathode/Electolyte/Anode의 구조를 갖는다. 박막의 특성상 전해질은 고상의 물질을 사용하는 것이 벌크형 2차 전지와 다른 점이다. TFSB의 성능은 주로 cathode에 의하여 결정되며 지금까지 많은 cathode 물질에 대한 연구 보고가 발표되고 있다. 반도체 공정을 이용한 TFMB의 제작시 무엇보다 중요한 점은 우수한 고상 전해질 및 anode 물질의 선택에 있다. 최근에 2차 전지를 위한 carbon계 anode를 대체할 수 있는 SnO에 대한 보고가 있는데 이는 한 개의 Sn 원자당 2개 이사의 Li가 반응하여 높은 용량을 갖는 전지의 제작이 가능하기 때문이다. Sno2의 anode는 매우 높은 충전용량을 갖는데 첫 번째 방전시에 Li2O를 생성하여 비가역적 반응을 나타내고 계속되는 충방전 동안 Li-Sn 합금이 생성되어 2차전지의 가역적 반응을 가능하게 한다. SnO2 는 대기중에서 Li 금속보다 안정하기 때문에 전지의 제작 공정 및 사용 면에서 매우 우수한 물질이지만 아직까지 SnO2 구조적 특성과 전지의 충, 방전 특성에 대한 관계의 규명을 위한 정확한 정설은 제시되고 있지 못하다. 본 연구에서는 TFSB anode 물질로써 SnOx박막을 상온에서 여러 전도성 콜렉터 위에 증착하여 그 충, 방전 특성을 보고하였다. 증착된 SnOx박막의 표면은 SEM, AFM으로 분석하였으며 구조의 분석은 XR와 Auger electron spectroscope로 하였다. 충, 방전 특성을 분석하기 위하여 리늄 foil을 대극과 참조 전극으로 하여 EC:DMC=1:1, 1M LiPF6 액체 전해질을 사용한 Half-Cell를 구성하여 100회 이상의 정전류 충, 방전 시험을 행하였다. Half-Cell test 결과 박막의 구조, 콜렉터의 종류 및 Sn/O비에 따라 서로 다른 충, 방전 거동을 나타내었다.

• Composites Research
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• v.30 no.1
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• pp.46-51
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• 2017

Structural battery has been researched extensively to combine the functions of the battery and structure without gravimetric or volumetric increments compared to their individual components. The main idea is to employ carbon fabric as the reinforcement and electrode, glass fabric as the separator, and solid-state electrolyte which can transfer load. However, state-of-the-art solid-state electrolytes do not have sufficient load carrying functionality and exhibiting appropriate ion conductivity simultaneously. Therefore, in this research, a system which has both battery and load carrying capabilities using glass fabric separator and liquid electrolyte was devised and tested to investigate the potential and feasibility of this structural battery system and observe electric properties. It was observed that elongating separator decreased electrical behavior stability. A possible cause of this phenomenon was the elongated glass fabric separator inadequately preventing the penetration of small particles of the cathode material into the anode. This problem was verified additionally by using a commercial separator. The characteristic of the glass fabric and the interface between the electrode and glass fabric needed to be further studied for the realization of such a load carrying structural battery system.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.10 no.5
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• pp.292-303
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• 2001

This work reports the tunneling effects of the lateral field emitters. Tunneling effect is applicable to the VMFS(vacuum magnetic field sensors). VMFS uses the fact that the trajectory of the emitted electrons are curved by the magnetic field due to Lorentz force. Polysilicon was used as field emitters and anode materials. Thickness of the emitter and the anode were $2\;{\mu}m$, respectively. PSG(phospho-silicate-glass) was used as a sacrificial layer and it was etched by HF at a releasing step. Cantilevers were doped with $POCl_3(10^{20}cm^{-3})$. $2{\mu}m$-thick cantilevers were fabricated onto PSG($2{\mu}m$-thick). Sublimation drying method was used at releasing step to avoid stiction. Then, device was vacuum sealed. Device was fixed to a sodalime-glass #1 with silver paste and it was wire bonded. Glass #1 has a predefined hole and a sputtered silicon-film at backside. The front-side of the device was sealed with sodalime-glass #2 using the glass frit. After getter insertion via the hole, backside of the glass #1 was bonded electrostatically with the sodalime-glass #3 at $10^{-6}\;torr$. After sealing, getter was activated. Sealing was successful to operate the tunneling device. The packaged VMFS showed very small reduced emission current compared with the chamber test prior to sealing. The emission currents were changed when the magnetic field was induced. The sensitivity of the device was about 3%/T at about 1 Tesla magnetic field.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.9 no.4
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• pp.169-176
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• 1998

An experimental study on effect of vapor-cooled heat stations in a 5.5 liter cryogenic vessel has been performed. The cryogenic vessel is made of stainless steel of thickness of 1mm and insulated by the combined insulation of vacuum, MLI(multi-layer insulation) and vapor-cooled radiation shield. Vapor-cooled heat stations are also constructed based on the 1-dimensional thermal analysis to reduce the heat inleak through a filling tube. Thermal analysis indicates that the vapor-cooled heat stations can substantially enhance the performance of vessel for cryogenic fluids with high $C_p/h_{fg}$ where $C_p$ the specific heat and $h_{fg}$ the heat of vaporization, such as $LH_2$ and LHe. The experimental results for $LN_2$ shows that the total heat inleak into inner vessel consists of 14% radiation and 86% conduction through the filling tube. Therefore, it is expected that the conduction heat in leak of the vessel for high $C_p/h_{fg}$ cryogenic fluids can be significantly reduced. powders. The amount of copper coating was 20wt%. In order to examine corrosion behavior of the electrodes, the corrosion current and the current density, in 6M KOH aqueous solution after removal of oxygen in the solution, were measured by potentiodynamic and cyclic voltamo methods. The results showed that Co in the alloy increased corrosion resistance of the electrode whereas Ni decreased the stability of the electrode during the charge-discharge cycles. The electrode used Si sealant as a binder showed a lower corrosion current density than the electrode used PTFE and the electrode used Cu-coated alloy powders showed the best corrosion resistance.