• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.326-332
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• 2021

본 연구에서는 수열 합성법을 이용하여 나노 실리콘이 포함된 구형의 탄소 복합체를 합성하고, 석유계 피치로 코팅하여 제조된 음극 소재의 전기화학 특성을 조사하였다. 수크로스의 몰 농도를 변화시켜 수열합성한 후, 유기 용매로 THF를 사용하여 피치로 코팅된 음극 복합소재를 제조하였다. 제조된 음극 소재는 SEM, EDS, XRD 및 TGA를 사용하여 물리적 특성을 분석하였으며, 1.0 M LiPF₆ (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) 전해액에서 사이클, 율속, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 리튬이차전지의 전기화학 성능을 조사하였다. 1.5 M의 수크로스와 피치를 사용하여 제조된 실리콘/탄소 소재는 구형 형태를 보였으며, 1756 mAh/g의 높은 초기 용량, 50 사이클 후 82 %의 용량 유지율 및 2 C/0.1 C에서 81%의 우수한 속도 특성을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 에너지공학
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• 제8권1호
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• pp.7-13
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• 1999

원형 용융탄산염 단위 연료전지의 성능 및 온도분포가 수치모사를 통해 얻어졌다. 원형 단위전지내에서는 사각형 단위전지에 비해 비교적 균일한 온도분포가 얻어졌다. 전지의 바깥쪽으로 갈수록 가스전환율이 커졌고 전류밀도도 크게 증가하였다. 운전전압이 감소할수록 각 가스들의 전환율은 커지고 전류밀도도 커졌다. 원형 전지에서의 평균전류밀도나 출력은 전압이 높을 때는 사각형 전지보다 작았고, 전압이 낮을 때는 더 컸다. 음극 및 양극 가스의 전환율도 마찬가지였다. 전압이 낮을 때 가스의 전환율이 커서 원형 전지의 효용성이 크게 나타났다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.145-146
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• 2014

실리콘을 기반으로 한 양극 재료는 리튬 이온전지에서 높은 용량을 위한 재료에 널리 알려져 있지만, 아직까지 극복해야 할 기술적인 문제들이 많이 있다. 이유는 전기화학 공정 중에 발생하는 큰 부피 변화 때문이다. 본 기술 동향에서는, 리튬 이온전지에 사용될 실리콘 기반 재료의 화합물 시스템, 나노 구조 배열, 재료 합성 방법, 전기화학 성능 측면에서 기술하였다. 본 논문은 실리콘을 기반으로 한 재료의 장단점과 성능과 관련한 기본 메커니즘을 이해하는 데에 좋은 자료가 될 것이다. 따라서 리튬 이온전지 연구자들에게 유익한 자료가 될 것으로 사료된다.

• 전기화학회지
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• 제26권3호
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• pp.35-41
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• 2023

리튬이온 이차전지용 음극 활물질인 탄소가 코팅된 실리콘 일산화물(carbon-coated silicon monoxide, c-SiO_x)은 용량이 높지만, 충방전 중의 부피변화로 인해 사이클 수명이 제한된다. 특히, 활물질의 큰 부피 변화는 전극의 구조를 변형시켜 전자의 전달경로가 쉽게 손상될 수 있다. 전극에서 전자전달 경로를 형성하는 도전재인 카본블랙 중 일부를 선형의 형태를 지니는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)로 대체하여 활물질의 부피변화로 인한 전극의 손상을 완화하여 성능을 개선하고자 한다. 전극 내의 전체 도전재의 함량을 10 중량%로 고정하고, 탄소나노튜브의 상대적인 함량을 0, 2, 5, 10, 25 중량%로 카본블랙의 일부를 대체하여 전극을 제조하고 전기화학적 성능을 평가하였다. 전극 내의 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 사이클 수명과 속도특성이 모두 향상된다. 부피 변화가 큰 c-SiO_x 음극에 소량의 CNT를 도전재로 적용하는 것으로 전지의 전기화학적 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 CNT를 잘 분산시키게 되면 더 적은 양을 사용하면서도 동등한 성능을 구현할 수 있다.

• 공업화학
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• 제32권1호
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• pp.83-90
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• 2021

본 연구에서는 저온 열처리 탄소의 물리·화학적 특성이 이차전지 음극재로서의 전기화학적 거동에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 석유계 핏치의 코크스화를 위하여 600 ℃ 열처리를 수행하였으며 제조된 코크스는 700~1500 ℃로 탄화 온도를 달리하여 저온 열처리 탄소 음극재로 제조되었다. 탄소 음극재의 물리 화학적 특성은 N2 흡·탈착 등온선, X-ray diffraction (XRD), 라만 분광(Raman spectroscopy), 원소 분석 등을 통하여 확인하였으며,저온 열처리 탄소의 음극 특성은 반쪽 전지를 통한 용량, 초기 쿨롱 효율(ICE, initial Coulomb efficiency), 율속, 수명 등의 전기화학적 특성을 통하여 고찰하였다. 저온 열처리 탄소의 결정 구조는 1500 ℃ 이하에서 결정자의 크기와 진밀도가 증가하였으며 비표면적은 감소하였다. 저온 열처리 탄소의 물리화학적 특성 변화에 따라 음극재의 전기화학 특성이 변화하였는데 수명 특성은 H/C 원소 비, 초기 쿨롱 효율은 비표면적, 율속 특성은 진밀도의 특성에 기인하는 것으로 판단되었다.

• 공업화학
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• 제27권4호
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• pp.444-448
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• 2016

이차전지 음극소재인 실리콘의 부피팽창을 개선하기 위하여 hollow silicon/carbon (H-Si/C) 복합체의 특성을 조사하였다. $St{\ddot{o}}ber$법을 통해 합성한 $SiO_2$에 $NaBH_4$를 첨가해 hollow 형태의 $SiO_2\;(H-SiO_2)$를 제조한 후, 마그네슘 열 환원 반응과 phenolic 수지(resin)를 첨가한 후 탄화과정을 거쳐서 H-Si/C 복합체를 합성하였다. 제조된 H-Si/C 합성물은 XRD, SEM, BET, EDX, TGA를 통해 특성을 분석하였다. 음극소재의 용량과 사이클 안정성을 향상시키기 위해서, $NaBH_4$ 첨가량에 따라 합성된 H-Si/C 복합체의 전기화학적 특성을 충방전, 사이클, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. H-Si/C 음극활물질과 $LiPF_6$ (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) 전해액을 사용하여 제조한 코인셀은 $SiO_2:NaBH_4=1:1$일 때 1459 mAh/g의 향상된 용량을 나타내었으며, 사이클 성능 또한 두 번째 사이클 이후 40번째 사이클까지 매우 우수한 안정성을 나타냄을 확인하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제41권6호
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• pp.456-463
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• 2004

음극지지형 SOFC의 성능을 향상시키기 위해 단전지 제조공정을 개선하고 그 출력특성을 평가하였다. 액상응결 공정(Liquid Condensation Process : LCP)과 일축가압성형공정을 통하여 NiO/YSZ 복합체 음극기판을 제조하고 위에 YSZ 전해질을 스크린 인쇄한 후 140$0^{\circ}C$에서 3시간동안 동시소결하여 음극/전해질 기판을 제조하였다. 또한 LSM/YSZ 양극층은 임피던스 분석을 통해 분극저항이 최소가 되는 조성 및 열처리 조건을 선택하여 스크린 인쇄법을 이용해 구성하였고 이러한 적층공정을 거쳐 최종적으로 5${\times}$5와 l0${\times}$10 $\textrm{cm}^2$ 크기의 단전지를 제조하였다. 제조된 단전지의 출력특성을 측정한 결과 5${\times}$5와 10${\times}$10 단전지는 80$0^{\circ}C$에서 약 0.45W/$\textrm{cm}^2$ 와 0.22 W/$\textrm{cm}^2$의 최대출력밀도를 각각 나타내어 선행연구에서 기존공정으로 제조된 단전지에 비해 2배 이상 향상된 좋은 성능을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.118-123
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• 2019

본 연구에서는 리튬이온전지 음극소재인 흑연의 낮은 이론 용량을 개선하기 위해 흑연/실리콘/피치 음극 복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 흑연의 표면에 양친성 물질인 Polyvinylpyrrolidone (PVP)을 코팅한 후 (3-Aminopropyl)triethoxysilane(APTES)로 표면 처리된 실리카를 결합시켜 흑연/실리카를 합성하였으며, 실리카의 질량비에 따라 피치 소재로 코팅한 후 마그네슘 열 환원법을 통하여 실리카를 실리콘으로 환원시켜 흑연/실리콘/피치 복합소재를 제조하였다. 흑연/실리콘/피치 음극소재는 XRD, SEM과 TGA를 통해 물리적 특성을 분석하였으며, 전기화학적 특성은 1.0 M $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%)의 전해액을 사용하여 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 제조된 흑연/실리콘/피치 복합소재의 실리카 비율이 28.5 wt% 일때 537 mAh/g의 높은 초기 방전 용량을 나타내었으며, 30 사이클까지의 사이클 성능은 95%로 매우 우수한 사이클 안정성과 율속 테스트에서 0.1 C/0.2 C 일 때 98% 회복을 나타냄을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.290-298
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• 2021

천연 흑연의 음극재 적용을 위하여 정제 공정을 실시하였으며, 공정에 따른 흑연의 구조적 변화와 불순물 함량이 음극 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 천연 흑연은 불화암모늄과 황산을 동일 비로 하여 사용량을 달리한 산처리 및 온도(800~2500 ℃)를 달리한 열처리를 통하여 화학적/물리적으로 정제되었다. 산을 이용한 불순물 제거는 한계가 있었으며, 이후 진행된 2500 ℃까지의 열처리를 통해 Si과 같은 일부 원소를 제외하고 대부분의 불순물이 전량 제거되는 것을 확인하였다. 복합 정제 공정에 따라 제조된 흑연 음극재의 특성이 향상되었으며, 구조와 불순물 함량 변화는 각각 용량 및 속도 특성과 초기 쿨롱 효율에 지배적인 영향을 미쳤다. 복합 정제 공정은 흑연 구조를 향상시켰으며, 불순물을 효율적으로 제거하여 SEI층 형성 억제 및 Li⁺ 삽입 공간 확대를 통해 리튬 이온 전지의 성능을 향상시켰다.