• 공업화학전망
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• 제23권1호
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• pp.18-29
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• 2020

배터리 구동 기기의 사용이 계속적으로 증가하고 첨단화, 다기능화, 융합화가 되면서 고에너지 밀도 배터리에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있다. 배터리의 에너지 밀도를 높이는 여러 가지 전략 중에서 활물질 코팅 두께를 늘려 에너지를 저장하지 않는 집전체와 분리막의 사용량을 줄이고 배터리의 중량, 부피, 그리고 가격을 동시에 줄이는 전략은 간단하면서도 매우 효율적인 방법이다. 하지만 기존 전극 제작 방법으로 후막 전극을 제작할 경우 전극 제작 자체가 쉽지 않고 만들었다고 해도 전자와 이온의 두께 방향 이동 지연으로 인해 전극의 전기화학 특성이 좋지 않다. 이러한 문제점을 극복하고자 이차 전지용 첨단 후막 전극에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 기고문에서는 이차 전지용 후막 전극의 구조, 제조방법, 전기화학 특성에 관한 연구동향을 소개하고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제21권3호
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• pp.47-54
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• 2018

동일 전극 로딩 조건(${\sim}15mg\;cm^{-2}$)에서 면적당 용량($mAh\;cm^{-2}$)을 극대화하기 위해, 고분자 바인더의 함량을 4, 2, 1 wt%로 줄인 $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ 전극을 제조하였다. 바인더 함량이 1 wt%로 낮춘 경우, 압연 후 펀칭 과정에서 전극 코팅층이 부분적으로 박리되는 문제가 발생하여 추가 분석은 진행되지 않았다. 전극 내 바인더 함량을 4 wt%에서 2 wt%로 줄이면, 계면 접착력은 0.4846에서 $0.2627kN\;m^{-1}$로 약 46% 감소하고, 전극 코팅층의 강도도 3.847에서 2.013 MPa로 약 48%가 떨어졌다. 그러나, 두 전극을 리튬 전극과 반쪽 전지로 구성하여 전기화학적 특성을 살펴보면, 초기 방전 용량과 충방전 효율은 유사하였다. 하지만, 단기 수명 평가에서 2 wt% 바인더 전극은 수명 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 전지를 분해하는 과정에서 전극 코팅층이 집전체에서 박리되는 현상이 관찰되었다. 반면, 4 wt% 바인더 전극은 높은 전극 로딩조건에서도 전극 코팅층과 집전체 계면이 잘 유지되고 있음이 확인되었다.

• 전기화학회지
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• 제9권1호
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• pp.34-39
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• 2006

Li free 음극으로써 구리 foil 집전체에 $Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$ 및 Si 박막을 r.f, 스퍼터링법을 이용하여 증착하고 양극 물질로는 $Li[Co_{0.1}Ni_{0.15}Li_{0.2}Mn_{0.55}]O_2$를 이용하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 박막 증착시 플라즈마 내(in-plasma)와 밖(out of plasma)에 구리 foil을 각각 위치시켰다. X-ray 회절 분석의 경우 각각의 조건에서 $Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$ 및 Si 모두 결정 특성의 차이를 발견할 수 없었다. $Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$의 경우 플라즈마 내에서 증착된 경우 그리고 Si 경우는 플라즈마 밖에서 증착된 경우 각각 싸이클 특성이 우수한 것으로 나타났다. 이는 $Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$ 경우 결정성이 존재할 경우 이온전도 특성이 우수하며 Si 경우 플라즈마 내에서 성장된 박막이 더욱 치밀하여 충방전 중 부피변화에 더욱 민감하였기 때문으로 판단된다. 이상의 결과로부터 (1)전지 용량을 갖는 5게 의한 표면 개질의 경우 구조적으로 안정할 수 있는 비정질 상의 Si이 보다 더 바람직하며 (2) 이온전도 특성을 보이는 $Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$와 같은 소재를 이용하여 표면 개질을 할 경우 Li의 확산이 더욱 용이한 구조가 바람직할 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권3호
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• pp.466-473
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• 2020

직물집전체는 에너지 효율이 높은 담수화 방식인 축전식탈염(Capacitive deionization: CDI)시스템에서 유망한 전극 재료가 될 수 있다. 직물집전체의 매력적인 특징 중 하나는 인장강도가 강하다는 것인데, 기계적 강도가 약한 그라파이트 호일 전극의 대안이 될 수 있다. 또한 섬유적 특성으로 인하여 쉽게 형상을 만들 수 있고, 다공성 물질이라는 점과 섬유 간 공간은 수용성 매질의 흐름을 원활하게 해 준다. 본 연구에 사용된 섬유는 도전성 LM fiber와 carbon fiber를 사용한 방적사를 이용하여 직조 구조로 만들어졌으며, 인장강도는 319 MPa로 그라파이트 호일에 비해서 약 60 배 정도 더 강하다. 전극슬러리의 점도, 흡착전압, 공급액의 유량, 공급액의 농도를 변화시켜 가면서 염 제거효율을 측정하여 결과를 분석하였다. NaCl 200 mg/L, 20 ml/min, 흡착전압 1.5 V 조건에서, 단위 셀에서 43.9%, 100개의 셀을 적층한 모듈에서는 59.8%의 염 제거 효율을 각각 보였다. 단위 셀에서는 흡착전압이 1.3, 1.4, 1.5 V로 증가함에 따라 염 제거효율이 증가하다가 1.6과 1.7 V로 증가하면서 염 제거 효율은 감소하였다. 그러나 100 셀 적층 모듈에서는 1.5 V 이상의 전압에서도 염 제거효율이 완만한 증가세를 나타내었다. 공급액의 유량을 증가시켰을 때 염 제거율은 감소하였고, 또한 공급액의 농도를 증가시켰을 때에도 염 제거율은 감소하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.129-138
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• 2011

Performance changes of an anode-supported tubular SOFC including current collectors are analyzed at different current collecting methods using numerical simulation. From the two dimensional numerical model of the solid oxide fuel cell with nickel felts as anodic current collectors and silver wires as cathodic ones, the performance curves and the distributions of temperature, concentration, current density are obtained. Also, the voltage loss of the cell is divided into three parts: activation loss, concentration loss and ohmic loss. The results show that the performance change of the cell is dominantly influenced by the ohmic loss. Although the temperature and concentration distributions are different, the total activation loss and concentration loss are nearly same. And the ohmic loss is divided into each parts of the cell components. The ohmic loss of the anodic current collectorreaches about 60~80% of the cell's total ohmic loss. Therefore, the reduction of the ohmic loss of the anodic current collector is very important for stack power enhancement. It is also recommended that the load should be connected to the both ends of the anodic current collector.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1-4
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• 2008

Fuel cells have the potential of providing several times higher energy storage densities than those possible using current state-of-the-art lithium-ion batteries, but current energy density of fuel cell system is not better than that of lithium-ion batteries. To achieve the high energy density, volume and weight of fuel cell system need to be reduced by miniaturizing system components such as stack, fuel tank, and balance-of-plant. In this paper, the thin flexible PCB (Printed circuit board) is used as a current collector to reduce the stack volume. Two end plates are made from light weight aluminum alloy plate. The plate surface is wholly oxidized through the anodizing treatment for electrical insulation. The opening rate of cathode plate hole is optimized through unit cell performance measurement of various opening rates. The performances are measured at room temperature and ambient pressure condition without any repulsive air supply. The active area of MEA is 10.08 $cm^2$ and active area per a unit cell is 1.68 $cm^2$. The peak power density is about 210 mW/$cm^2$ and the air-breathing planar stack of 2 Wis achieved as a small volume of 18 cc.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1998년도 추계학술대회 논문집
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• pp.25-28
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• 1998

Lithiated cobalt and nickel oxides are becoming very attractive as active cathode materials for secondary lithium ion secondary battery. $LiCoO_2$ is easily synthesized from lithium cobalt salts, but has a relatively high oxidizing potential on charge. LiNiOz is synthesized by a more complex procedure and its nonstoichiometry significantly degraded the charge-discharge characteristics. But $LiNiO_2$ has a lower charge potential which increases the system stability. Lithiated cobalt and nickel oxides are iso-structure which make the preparation of solid solutions of $LiNi_{1-x}Co_xO_2$ for O$LiCoO_2 and LiNiO_2$ electrode. The aim of the presentb paper is to study the electrochemical behaviour, as weU as the possibilities for practical application of layered Iithiated nickel oxide stabilized by $Co^{3+}$ substitution as active cathode materials in lithium ion secondary battery.

• 한국세라믹학회지
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• 제44권12호
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• pp.720-726
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• 2007

Current collectors of SOFC play a significant role on the performance of power generation. In this study a single cell stacked SOFC was assembled using Ag-mesh as a cathode current collector, and evaluated its performance. No gas leakages of the single cell stack occurred in the tests of gas detection and OCV measurement. The OCV and initial power of the stack were 1.09V and $0.45W/cm^2$, respectively, under the flow rates of air at 2,500 cc/min and $H_2$ at 1,000 cc/min at the test temperature of $750^{\circ}C$. A degradation rate of 44.0% was measured during the prolonged time of 307 h. The relatively low durability of the tested single cell stack was found to be the evaporation of Ag-mesh at the current corrector.

• 한국세라믹학회지
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• 제45권6호
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• pp.368-373
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• 2008

An electrode for supercapacitor using 3-dimensional porous nickel foam as a current collector and cobalt oxide as an active material was prepared and characterized in terms of morphology observation, crystalline property analysis, and the investigation of electrochemical property. The electrode surface showed that the cobalt oxide was homogeneously coated as the crystalline phase of $Co_3O_4$. Cyclic voltammetry for the $Co_3O_4$/nickel foam electrode exhibited higher specific capacitance values (445 F/g at 10 mV/s and 350 F/g at 200 mV/s) and excellent capacitance retention ratio (99% after $10^4$ cycles). It was proved that the nickel foam substrate played the roles in reducing the interfacial resistance with cobalt oxide and in improving the electrode density by embedding greater amount of cobalt oxide within it.

• 한국재료학회지
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• 제31권5호
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• pp.272-277
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• 2021

Owing to its low cost, easy fabrication process, and good ionic properties, aqueous supercapacitors are under strong consideration as next-generation energy storage devices. However, the limitation of the current collector is its poor electrochemical stability, leading to low energy storage performance. Therefore, a reasonable design of the current collector and the acidic electrolyte is a necessary, as well as interfacial engineering to enhance the electrochemical performance. In the present study, graphite foil, with excellent electrochemical stability and good electrical properties, is suggested as a current collector of aqueous supercapacitors. This strategy results in excellent electrochemical performance, including a high specific capacitance of 215 F g^-1 at a current density of 0.1 A g^-1, a superior high-rate performance (104 F g^-1 at a current density of 20.0 A g^-1), and a remarkable cycling stability of 98 % at a current density of 10.0 A g^-1 after 9,000 cycles. The superior energy storage performance is mainly ascribed to the improved ionic diffusion ability during cycling.