• 한국결정성장학회지
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• 제32권2호
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• pp.61-67
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• 2022

폐리튬이차전지 스크랩으로부터 회수한 유가금속인 니켈, 코발트, 망간을 정제하여 제조한 리튬이차전지 전구체 금속염 용액으로 테일러반응을 통해 NCM 811 전구체를 제조하였다. 반응 시간에 따른 전구체 형태 변화를 SEM, PSA, ICP 분석 결과를 기반으로 합성 조건을 확립하였다. 이에 상업용 전구체와 재활용하여 합성한 전구체의 전기 화학적 특성인 충·방전 특성, 율특성, 수명특성 등을 평가하여 비교 연구하였으며, 상업용 전구체와 비교 시 큰 차이가 없거나 일부 특성에서는 우수한 특성을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.78-78
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• 2023

기후변화 위기는 유사 이래 인류가 직면한 가장 큰 도전으로 범정부적 글로벌 문제로서 이를 해결하기 위한 다양한 정책들이 범국가 차원 혹은 세계적 기업들에 의해 발표 혹은 시행되고 있다. 이러한 기후변화위기와 탄소배출 저감을 위한 대표적인 대응 방안 중 하나가 바로 재생에너지의 확대·보급 노력이다. 그러나 재생에너지는 날씨와 계절 등 자연환경의 영향을 받는 에너지원으로써 간헐성, 변동성을 가지므로, 시간대별 발전량 예측과 전력공급 안정성에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 재생에너지 발전은 석탄화력 발전과 달리 전력의 수요와 공급의 균형을 위한 에너지저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS)가 있어야 한다. ESS는 전력공급 안정성 향상과 전력 수급의 유연성을 제공하는 장점이 있지만, 초기 설치비용이 높은 단점이 있다. 특히, 배터리 기반 ESS의 경우 높은 구축 비용과 한정적인 충. 방전수명으로 인하여 대용량 ESS로써의 역할 수행에는 분명한 한계가 있다. 하지만 재생에너지와 연계한 ESS로 양수발전댐을 활용할 경우 장주기, 장수명, 대용량 에너지 저장에 매우 합리적인 수단으로 판단되었다. 다만, 양수발전 댐 구축에는 토목공사로 인한 환경 훼손이라는 문제점도 존재한다. 본 고에서는 지역 분산형 소규모 양수발전(Pumped Storage Hydropower, 이하 PSH)댐 구축 및 운영기술 개발을 통해 지역 전력공급과 전력 수급을 조절하면서 변동성 재생에너지를 안정적으로 사용할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 특히, 해당 기술은 지역별 특성에 맞춰 유연하게 설치할 수 있으며, 대규모 토목공사로 의한 환경적 부작용을 최소화할 수 있다. 또한 소규모 PSH는 지역의 저수지 및 수자원을 이용하여 에너지를 저장함으로써 변동성 큰 재생에너지의 유연화 대응과 동시에 안정적인 에너지 공급이 가능하다. 본 고에서는 재생에너지의 확대·보급에 따른 문제점과 대표적 ESS 기술들을 분석·소개한다. 지역분산형 소규모 PSH 기술개발 연구기획 내용 소개를 통하여 전력 생산 및 공급의 탈중앙화를 달성하고, 지역별 변동성 재생에너지의 안정적 활용과 지역 전력공급 특성 및 전력 수급에 대응할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.348-355
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• 2023

마그네슘 이차전지는 기존에 사용되고 있는 리튬이온전지를 대체할 수 있는 가능성으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 마그네슘 이차전지용 양극활물질인 Mo₆S₈을 MSS (Molten Salt Synthesis)법으로 합성하였고, Mo₆S₈의 전기화학적 특성을 향상시키기 위하여 탄소소재인 PVC (Poly Vinyl Chloride)를 첨가하여 탄화시켰다. 물질의 결정 구조와 크기, 표면 상태는 XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscope)으로 분석하였다. 전기화학적 특성은 배터리충방전기를 이용하여 충·방전 프로파일과 출력 특성 등을 측정하였다. PVC를 2.81 wt% 첨가한 물질의 경우, 0.125 C-rate에서 85.8 mAh/g, 0.5 C-rate에서 69.2 mAh/g, 1 C-rate에서 60.5 mAh/g의 용량을 나타내어 우수한 출력특성을 보여주었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.477-485
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• 2023

본 논문에서는 AC 리플이 리튬 이온 배터리의 수명에 미치는 영향을 실험적으로 분석한다. 에너지 저장 시스템(ESS)의 이용 효율을 높이기 위해 양방향 전력변환시스템(PCS)이 사용되며, 계통 연계 시 구조상 계통 주파수의 2배의 주파수를 갖는 전류 리플이 배터리에 인가되게 된다. 따라서, AC 리플이 Li-ion 배터리의 노화에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해 DC 및 DC+AC 리플 사양의 충/방전 프로파일을 적용하여 노화 실험이 수행되었다. 실험 결과를 바탕으로 직류 내부 저항(DCIR), 증분 용량(IC), 표면 온도를 분석하였다. 결과적으로 AC 리플이 노화에 직접적으로 영향을 미치지 않으며 특정 주기 이 후 배터리 노화가 둔화되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 AC 리플이 발생하는 어플리케이션에서 전류 리플을 줄이기 위해 적용된 필터를 개선하는 데 도움이 될 수 있다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.422-428
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• 2023

스택 체결압에 의해 접촉되는 분리판(BP)과 탄소펠트전극(CFE) 사이의 전기적 접촉저항은 상대적으로 낮은 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB) 스택의 체결압 때문에 스택 효율에 큰 여향을 미친다. 본 연구에서는 이러한 접촉저항을 줄이고 셀 성능을 향상시키기 위해 국부 가열 접합 공정을 통해 폴리에틸렌(PE) 복합재료-CFE 하이브리드 BP 구조를 개발하였다. 탄소섬유 복합재료 BP의 PE 매트릭스를 국부적으로 녹여 CFE의 탄소 섬유와 BP의 탄소 섬유의 직접 접촉 구조를 만들어 전기 접촉 저항을 감소시겼다. PE 복합재료-CFE 하이브리드 BP의 성능을 평가하기 위해 면적비저항(ASR)과 기체투과도를 측정하였다. 또한 스택 신뢰성을 측정하기 위해 내산성 시험을 수행하였다. 최종적으로, 개발된 PE 복합재료-CFE 하이브리드 BP와 기존의 BP의 성능을 비교 분석하기 위하여 VFRB 단위셀 충/방전 시험을 수행하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.1151-1156
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• 2023

본 논문은 초기 리튬이온 배터리의 충·방전 데이터를 활용하여 리튬이온 배터리의 잔존 수명을 예측할 수 있는 딥러닝 모델을 제시한다. PNP(Positive and Negative Perceptron) 모델을 사용하여 DMP(Deep learning Model using PNP model)를 구축하였으며, DMP의 성능을 증명하기 위해 LSTM 모델을 사용하여 DML(Deep learning Model using LSTM model)을 구성하였다. DMP와 DML의 리튬이온 배터리의 잔존 수명 예측 성능을 비교하며, 오차 측정 방법은 RMSE(Root Mean Square Error)와 RMSPE(Root Mean Square Percentage Error)이다. 시험 데이터로 오차를 측정한 결과 DMP와 DML의 RMSE 차이는 144.62[Cycle]이며, RMSPE 차이는 3.37[%]로 DMP의 오차가 낮게 측정되었다. 이를 통해 우리는 DMP의 성능이 높은 것으로 증명하였으며, 이는 리튬이온 배터리 분야에서 PNP 모델이 LSTM 모델보다 성능이 뛰어남을 나타내었다.

• 전기화학회지
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• 제27권2호
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• pp.55-72
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• 2024

이차전지는 우리 생활에 있어 지구온난화에 따른 화석연료의 대체원으로서 전기차 및 에너지저장장치(Energy storage system, ESS) 등 필수불가결한 신재생에너지원으로 활용하고 있다. 그러나, 과방전, 고속충방전, 단락 등 여러 원인에 따른 이차전지 내 열폭주 현상으로 인해 배터리 화재 및 폭발에 대한 사건사례들이 보고되고 있으며, 각각의 원인에 적합한 해결책을 찾기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 특히, 과충전 과정에서 원인으로 추정되는 사례들이 지속적으로 보고되고 있으므로, 본 총설에서는 과충전 과정에서 발생할 수 있는 이차전지의 화학적 반응들을 살펴보고, 이를 점검 및 예방하기 위한 위험조사방법에 대해서 이야기하고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제17권2호
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• pp.94-102
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• 2014

바나듐 레독스 흐름 전지 (Vanadium redox flow battery, VRB) 시스템 운전 중 양이온 교환막을 통한 바나듐이온의 투과로 인하여 성능이 저하되는 문제점을 보완하기 위해 판상형태의 탄소물질인 산화그라핀 (Graphene Oxide, GO)을 기존에 사용하였던 양이온 교환막인 Nafion 양이온 교환막 표면에 열압착 방식으로 코팅하여 양이온 교환막 개선 및 VRB 성능 향상을 도모하였다. 개선된 양이온 교환막의 물리화학적 특성분석을 위하여 SEM (Scanning Electron Microscopy)분석, 이온 교환 용량, 수분 흡수 및 수소이온 전도도를 측정하였다. 산화그라핀층을 코팅한 결과, SEM 분석을 통해 양이온 교환막 표면에 약 $0.93{\mu}m$의 산화그라핀층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 산화그라핀을 코팅하여 개선된 양이온 교환막의 수소이온 전도도 측정 결과, 상용 양이온 교환막의 27% 수준으로 감소하였음을 확인하였으며, 동시에 바나듐이온 투과실험을 실시한 결과, 개선된 양이온 교환막의 바나듐이온 투과도가 기존 상용 양이온 교환막의 25% 이하 수준으로 감소하였음을 확인할 수 있었다. VRB 단위전지 성능실험을 실시하여 충-방전 특성을 분석한 결과, 산화그라핀을 코팅하여 개선된 양이온 교환막을 VRB 시스템에 적용하였을 경우, 바나듐이온의 투과도 감소로 인하여 쿨롱효율이 증가하였음을 확인할 수 있었고, 그로 인하여 전체적인 에너지효율이 상용막을 적용하였을 때 보다 증가하였음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 연구를 통해 양이온 교환막 표면에 판상형태의 탄소물질인 산화그라핀을 코팅하는 방법이 바나듐이온 투과도를 저하시키고 VRB의 시스템성능을 향상시킬 수 있는 효과적인 방법임을 제시할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제17권1호
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• pp.49-56
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• 2014

탄소가 코팅된 일산화규소(C-coated SiO) 전극에서 전해질 첨가제로서 lithium bis(oxalato)borate(LiBOB)의 영향을 조사하였다. 전해질 조성은 1.3M $LiPF_6$/ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), diethyl carbonate (DEC) (5:25:70 v/v/v)이며, 여기에 LiBOB을 0.5 wt.% 첨가한 것과 첨가하지 않은 2가지 전해질을 사용하였다. LiBOB을 첨가하지 않은 전해질에서 C-coated SiO 전극은 초기에 저항이 작은 피막이 형성되어 결정질의 $Li_{15}Si_4$를 형성할 때까지 합금화가 진행되며 동시에 큰 부피 변화를 보였다. 따라서 입자의 균열이 발생하고, 전극의 저항이 증가하여 충방전이 진행됨에 따라 용량이 빠르게 감소하였다. 반면에 LiBOB이 첨가된 전해질에서는 초기에 LiBOB의 환원분해에 의해 저항이 큰 피막이 형성되어, 합금화 반응이 원활히 진행되지 못하였다. 따라서 결정질 $Li_{15}Si_4$도 생성되지 못하였고, 결과적으로 부피변화도 적게 발생하므로 입자의 균열과 전극 저항의 증가도 적게 나타났다. 이러한 효과로 싸이클 후반부에서 용량감소가 적었고, 싸이클 성능도 좋은 결과를 보였다. 반면 피막 저항에 의한 영향이 줄어드는 $45^{\circ}C$ 에서는 LiBOB 첨가에 관계없이 합금화 반응이 유사하게 진행되며 비슷한 싸이클 성능을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권5호
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• pp.593-599
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• 2017

본 연구에서는 활성탄과 납 전구체를 사용하여 나노 Pb/AC 복합소재를 제조한 후, 울트라 전지용 음극소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 나노 Pb/AC 복합소재는 활성탄에 나노 Pb 입자를 흡착시킨 후 감압 수세하여 제조하였다. 제조된 복합소재의 물리적 특성은 SEM, BET, EDS를 통해 분석하였으며, $1740m^2/g$, 1.95 nm의 비표면적과 평균 기공크기를 얻었다. 울트라 전지의 음극은 납 극판에 나노 Pb/AC를 딥코팅하여 제조되었다. 울트라 전지는 이산화납을 사용한 양극과 나노 Pb/AC 복합소재 음극을 사용하였으며 전해액은 5M의 황산용액($1.31g/cm^3$)을 사용하였다. 전기화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 사이클 테스트를 통해 조사되었다. 제조된 나노 Pb/AC를 이용한 울트라 배터리는 기존의 납 축전지와 AC를 코팅한 납 축전지보다 개선된 초기 용량과 사이클 특성을 보였다. 이러한 실험 결과로부터 나노 Pb/AC의 적절한 첨가가 수소발생 반응이 억제됨에 따라 용량 및 장기 사이클 안정성을 향상시킴을 알 수 있었다.