• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.262-262
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• 2009

최근 리튬이차전지가 전지자동차, hybrid car, PHEV, Ev, UPS 저장장치로 사용되기 시작함에 따라 고용량화, 고출력화가 요구되고 있다. 현재까지 주로 사용 되어왔던 carbon으로는 작동전압이 낮고, 고용량화, 고출력화가 어려워 금속산화물, 금속 비정질 금속 및 금속산화물을 carbon과 혼합 사용 함으로써 차세대 전지로서 특성을 달성하고 있다. 따라서 본 연구에서는 음극 소재로서 안정성이 뛰어난 금속산화물로 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성할 때 저가의 $TiCl_4$를 이용 $Li_4Ti_5O_{12}$가 고밀도를 갖게끔 $TiCl_4$를 이용 구형의 Ti-precursor(전구체)를 합성한 후 구형의 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하였다. Ti전구체는 $TiCl_4$로부터 합성하였는데 이때 구형을 제조하고자 Hydroxypropyl cellulose(이하 HPC)를 사용하여 반응을 진행하였다. 이때 반응 조건 및 HPC의 몰수 변화에 따른 입자 형상의 변화에 관하여 관찰한 결과, $TiOCl_2$ 0.4mol, 반응온도 $10^{\circ}C$, 유지시간 6시간, HPC양 0.02mol일 때 $0.6{\mu}m$ 정도의 구형 Ti-전구체를 합성하였다. 합성된 Ti-전구체와 리튬수화물을 사용하여 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성 하였고, 상기 물질로 전지특성을 평가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.401-401
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• 2007

내장 전압의 측정은 전기흡수 방법과 변조 광전류 분광학을 이용하는 방법이 있으며, 우리는 이 논문에서 변조 광전류 분광학을 사용하여 내장 전압을 측정하였다. 소자에 인가 전압이 영일 때 양극과 음극의 일 함수 차이 때문에 내장 전압이 존재하며, 그로 인해 내장 전기장이 생긴다. 유기 발광 소자의 광전도도는 엑시톤이 자유전자와 정공으로 분리들 때 발생한다. 이 때 발생되는 광전류와 광전류의 위상 변화를 측정하여 내장 전압을 추정한다. 소자의 구조는 두 전극 사이에 단층으로 하여 만들었으며 모든 소자의 $Alq_3$ 두께는 150nm로 하고, 양극은 ITO를 사용하였고 음극은 Al과 LiAl을 100nm 두께로 하였다. 내장 전압의 측정 결과 ITO/$Alq_3$/LiAl의 내장 전압은 0.9eV로 측정된 데 반해 ITO/$Alq_3$/LiAl은 1.6eV로 측정되었다. 따라서, LiAl을 사용한 소자의 경우 Al을 사용한 소자에 비해 내장 전압이 0.7eV 증가되었다. 이는 LiAl의 일함수가 Al보다 낮은 값을 갖는 것과 일치하는 결과이다. 이런 결과가 나온 까닭은 LiAl을 음극으로 사용한 경우에는 자유로운 $Li^+$이 발생하여 유기물에 더 좋은 전자주입이 되도록 하여 소자의 전자 장벽을 낮추었기 때문에 전자의 주입이 활발하여 광전류의 이동이 용이했음을 알 수 있다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.116-116
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• 2018

부식은 재료와 사용 환경과의 상호작용에 의한 결과로서 일반적으로 두께의 감소와 균열의 발생 및 파손 등의 문제로 나타난다. 특히 사용환경 중에서 해수 분위기는 금속의 부식에 가장 유리한 조건이다. 따라서 해양환경 중 항만이나 조선 및 해양 산업 등에 많이 이용되는 강 구조물은 이에 대응하기 위하여 도장방식이나 음극방식을 사용하고 있다. 여기서 음극방식은 피방식체를 일정전위로 음극 분극하는 원리로써 외부전원을 인가하거나 비전위의 금속을 전기적으로 연결하여 방식하는 방법이다[1]. 한편, 해수 중에서 이와 같은 원리로 음극방식 할 경우에는 피방식체인 강재표면에 부분적으로 칼슘 또는 마그네슘 화합물 등의 생성물이 부착하는 현상을 볼 수 있게 된다. 이와 같이 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$)및 탄산칼슘($CaCO_3$)을 주성분으로 하여 석출되는 석회질 피막(calcareous deposits)은 피방식체에 유입되는 음극방식 전류밀도를 감소시켜 주거나 물리적 장벽의 역할을 함으로써 외부의 산소와 물 등 부식환경으로부터 소지금속을 보호한다[2]. 그러나 석회질 피막은 소지금속과의 결합력, 막의 균일한 분포, 내식성 및 제작시간의 단축 등 해결해야 할 과제가 있다. 또한 여러 가지 환경 조건 등의 영향을 받아 그 피막의 형성 정도도 가늠하기 어렵기 때문에 음극방식 설계 시 그 정도에 따른 영향을 고려-반영하기가 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 석출속도, 밀착성 및 내식특성을 향상시키기 위해 전착프로세스를 통해 해수 중 기체를 용해시켜 석회질 피막을 제작하고 막의 결정구조 제어 및 특성을 분석-평가하였다. 본 연구에 사용된 강 기판(Steel Substrate)은 일반구조용강(KS D 3503, SS400)을 사용하였으며, 외부전원은 정류기(Rectifier, xantrex, XDL 35-5T)를 사용하여 3 및 $5A/m^2$의 조건으로 인가하였다. 양극의 경우에는 해수에 녹아있는 이온 이외에 다른 성분들이 환원되는 것을 방지하기 위해 불용성 양극인 탄소봉(Carbon Rod)을 사용하였다. 이때 석출속도, 밀착성 및 내식특성 향상을 위해 해수에 주입한 기체의 양은 0.5 NL/min였으며, 기판 근처에 고정하여 음극 부근에서의 반응을 유도하였다. 각 조건별로 제작된 막의 표면 모폴로지, 조성원소 및 결정구조 분석을 실시하였으며, 석회질 피막의 밀착성과 내식특성을 평가하기 위해 규격에 따른 테이핑 테스트(Taping Test, ISO 2409)와 3 % NaCl 용액에서 전기화학적 양극 분극 시험을 진행하여 제작된 막의 내구성과 내식성을 분석-평가하였다. 시간에 따른 전착막의 외관관찰 결과 전류밀도의 증가와 함께 상대적으로 많은 피막이 형성되었고, 용해시킨 기체에 의해 더 치밀하고 두터운 피막이 형성됨을 확인할 수 있었다. 성분 및 결정구조 분석 결과 $Mg(OH)_2$ 성분의 Brucite 및 $CaCO_3$ 성분의 Calcite 및 Aragonite 구조를 확인하였으며, 용해시킨 기체의 영향으로 $CaCO_3$ 성분의 Aragonite 구조가 상대적으로 많이 검출되었다. 밀착성 및 내식성 평가를 실시한 결과 해수 중 용해시킨 기체에 의해 제작한 시편의 경우 견고하고 화학적 친화력이 높은 Aragonite 결정이 표면을 치밀하게 덮어 전해질로부터 산소와 물의 침입을 차단하는 역할을 하여 기체를 용해시키지 않은 3 및 $5A/m^2$ 보다 비교적 우수한 밀착성 및 내식 특성을 보이는 것으로 사료된다.

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

• 전기화학회지
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• 제12권3호
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• pp.239-244
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• 2009

리튬 이차 전지의 전기화학적 특성 및 안전성 향상을 위한 음극 활물질 표면 처리 재료로 $Al_2O_3$와 $nano-Li_4Ti_5O_{12}$등이 사용된다. 표면 처리된 음극 활물질의 형상과 특성을 관찰하기 위해 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM), 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)으로 관찰하였으며, 전기화학적 특성 및 안전성 평가를 위해 충방전기 및 가속 율열량계(Accelerating Rate Calorimeter, ARC)를 사용하였다. 각각의 금속 산화물에 따른 초기 효율 및 초기 용량은 82.5%와 350mAh/g로 동일하지만, 충방전 율속에 따른 특성 및 수명, 그리고 열적 안전성은 $nano-Li_4Ti_5O_{12}$로 음극 활물질을 표면 처리 한 활물질이 더 우수하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.148-148
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• 2013

스퍼터 이온펌프(Sputter Ion Pump)는 주로 화학흡착으로 동작하며 기계적 진동이 없고, 기름 등의 오염 물질을 배출하지 않으며, 수명이 길어 초고청정 진공이 요구되는 표면실험장치, 표면분석계, 입자가속기 등에서 널리 사용 되고 있다. 일정한 지름을 갖는 다수의 원통 양극과 그 양단에 두개의 음극판을 배치시킨 후, 양극과 음극 사이에 수 kV의 전압을 걸고 원통의 축방향으로 자장을 인가하면 페닝 방전이 발생한다. 냉음극에서 방출된 전자는 양극으로 비행하면서 가스를 이온화한다. 이온분자는 가스흡수성 게터재료로 된 음극에 충돌하여 스퍼터링을 일으키며 게터막를 주변에 증착시킨다. 이온 및 중성 가스는 게터 고체막 속에 주입 포획되는 형태로 배기된다. 스퍼터 이온펌프는 $10^{-5}$ Pa 부근에서 최대 배기속도를 가지며, 압력이 낮아질 수록, 특히 $10^{-10}$ Pa영역 이하에서는 그 배기속도가 급격히 저하되며, $10^{-10}$ Pa영역에서는 배기능력을 거의 상실한다. 따라서 스퍼터 이온펌프 단독으로 진공시스템을 배기할 때 도달압력은 $10^{-9}$ Pa 영역에 머무르게 되며, $10^{-10}$ Pa 이하의 극고진공을 얻기 위해서는, $10^{-8}$ Pa 이하의 압력에서 배기 속도가 압력과 무관한 흡착펌프(getter pump)와 이온펌프를 조합하여 사용한다. 본 실험에서는 $600^{\circ}C$ 이상의 온도로 진공로에서 탈개스시킨 진공용기를 배기속도 450, 60, 30, 20, 5, 3 l/s의 6종류의 이온펌프와 배기속도 400 l/s, 100 l/s의 non-evaporable getter (NEG) 펌프를 조합시켜 배기하여 그 배기 특성을 비교하였다. 도달 압력은 이온펌프의 배기속도가 클수록 낮아지는 경향을 보여주었다. 450 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합하여 배기시킬 때 도달 압력은 ~$2{\times}10^{-10}$ Pa을 기록하여 가장 낮았으며, 3 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합하였을 때는 $ 2{\sim}3{\times}10^{-8}$ Pa을 기록하였다. 450 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG를 조합한 경우 잔류가스의 대부분이 수소였으나, 3 l/s 이온펌프와 400 l/s NEG의 조합한 경우에는 메탄의 잔류량이 수소 보다 많았다. 이 결과는 메탄을 배기하지 못하는 NEG의 배기 특성을 보완하기 위해서는 일정 배기속도 이상의 이온 펌프가 필요함을 보여준다.

• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.243-252
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• 2021

전기자동차(EV) 및 중대형 에너지 저장 장치(ESS)의 활용을 위한 차세대 에너지 저장 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 높은 출력 및 안정성 등의 특성을 갖는 리튬 이온 전지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 리튬 이온 이차 전지의 성능은 주로 전극 재료의 물리/화학적 특성에 의해 결정되는데, TiO₂는 우수한 안정성 및 높은 안정성, 친환경적 특성으로 인해 현재 상용화된 탄소계 음극재를 대체할 수 있는 물질로 높은 관심을 받고 있다. 특히, 양극산화를 통해 제조된 자기 정렬된 TiO₂ 마이크로 및 나노 구조는 차세대 리튬 이온 이차 전지의 유망한 음극 소재 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 총설 논문에서는 양극산화를 통한 TiO₂ 나노 튜브 및 마이크로콘 구조 메커니즘 및 구조 발달에 영향을 미치는 인자에 대한 설명을 다루었다. 또한, TiO₂의 낮은 전기전도도 및 용량 한계를 극복하기 위한 TiO₂ 기반 복합체를 리튬 이온 이차 전지의 음극재로 활용한 연구를 소개하였다.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.365-370
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• 2022

전기자동차 및 E-모빌리티 시장이 급속히 성장함에 따라 리튬이온전지는 현재 가장 주목받는 기술 중 하나로 여겨지고 있다. 따라서 높은 용량 및 출력, 급속 충전 성능을 가지는 고에너지밀도 전극 개발이 매우 중요한 상황이다. 고에너지밀도 전극 구현을 위해서 음극의 경우 실리콘, 주석 등 고용량 활물질 소재에 대한 연구가 진행되고 있는 상황이다. 하지만 이러한 고용량 활물질 소재는 전지의 충방전 과정 시 발생하는 부피팽창이 전지의 성능을 저하시키는 주된 원인이 된다고 알려져 있다. 따라서 활물질의 부피팽창을 완화할 수 있는 바인더 소재 개발이 매우 중요한 상황이며, 기존 PVDF, CMC/SBR계 바인더 뿐만 아니라 수용성 고분자(polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, aliginate 등)를 이용한 바인더 소재 개발 연구가 많이 보고되고 있다. 이처럼 앞으로 리튬이온전지의 고성능화를 위해서 바인더는 매우 중요한 기술이 되었으며, 본 논문에서는 리튬이온전지용 음극 바인더 소재의 연구 동향을 살펴보고자 한다.

• 공업화학전망
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• 제23권5호
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• pp.12-20
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• 2020

최근 층상구조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물이 새로운 고성능 리튬이온전지 음극소재로서 주목받고 있다. 층상구조 물질들의 고성능 전극 소재 활용에 있어 박리를 이용한 정확한 층의 개수 조절은 전기화학 반응성을 증가시키고, 전극 필름 내에서의 균일한 거동을 위해서 매우 중요하다. 볼 밀링 공정은 이차전지 전극 소재 제조에 있어서 주로 물질의 분쇄나 고상 화학반응을 유도하여 합금 형태의 전극 소재 개발에 보편적으로 사용되는 공정이나, 층상구조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물에 적용하면 층상구조 물질에 고체윤활작용을 일으켜 박리가 촉진된다. 이러한 성질을 이용하여 다양한 종류의 전이금속 칼코겐 화합물(예: MoS₂, MoSe₂, NbSe₂)에 적절한 카본 매트릭스 물질과 복합화를 통해 새로운 전극 소재를 합성하고, 이를 통해 고성능 리튬이온전지 음극 소재를 제조하는 연구 동향에 대해 보고하고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제16권2호
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• pp.85-90
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• 2013

현재 리튬이온전지의 음극활물질로 사용하는 흑연은 이론 비용량이 372 mAh/g이고 진밀도는 2.2 g/ml이다. 현재의 상용 리튬이차전지보다 더 높은 에너지밀도를 갖는 전지의 개발을 위해 기존의 흑연을 대체하기 위한 신소재로서 실리콘과 주석 등에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 아연도 가능성 있는 후보 재료의 하나이다. 아연재료의 이론 비용량과 진밀도는 412 mAh/g과 7.14 g/ml이다. 본 연구에서는 인듐과 니켈을 포함하는 아연계 재료를 합성하고자 하였으며, 균질한 혼합 조성을 얻고자 금속 이온의 sol을 제조하고 gel화하여 소결제조 함으로써 화학적 분산으로 균질한 혼합조성을 가지는 아연계 재료를 제조하고 아연계 음극활물질의 리튬이차전지의 1차 방전 비용량은 910 mAh/g이고 31회, 62회에서는 365 mAh/g, 78 mAh/g의 높은 비용량을 나타내었다. 이와 함께 1차 Ah 효율은 45%였으며, 2회 부터는 정량적인 효율을 나타내었다. 낮은 초기 Ah 효율을 높이고자 리튬 금속을 전극에 부착함으로써 비가역 비용량을 해소 할 수 있었다.