• 전기화학회지
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• 제4권3호
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• pp.104-108
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• 2001

용융분사법으로 나프탈렌계 메조페이스 피치(mP)를 방사하여 산화안정화 속도를 변화시켜 흑연화 섬유의 모폴러지를 제어하였으며, 흑연화 섬유를 이용하여 Li-ion 이차전지 부극을 제조하여 충$\cdot$방전 거동 및 용량을 측정하였다. 용융분사조건에 따라 제조된 피치섬유의 직경은 $4{\mu}m$로부터 $16{\mu}m$까지 다양하였다 이중에서 직경 $10{\mu}m$인 피치섬유를 선택하여 세가지 승온속도 조건 $2^{\circ}C/min,\;5^{\circ}C/min,\;10^{\circ}/min$에서 산화안정화 후 $1000^{\circ}C$에서 탄소화하여 $2650^{\circ}C$에서 흑연화 한 결과, 섬유 단면이 산화안정화 조건 $2^{\circ}C/min$의 경우는 라디알 구조, $5^{\circ}C/min$의 것은 라디알-랜덤 구조, $10^{\circ}C/min$의 경우는 skin-core 구조를 형성하였고, 승온속도가 큰 경우일수록 이흑연화성이 컷다. 이것은 큰 승온속도에서는 탄소화$\cdot$흑연화 과정에서 섬유표면에서만 산화안정화가 일어나고, 내부에서는 피치분자가 유동성이 커 승온과정에서 고결정성의 흑연구조가 발달한 것으로 추측된다. 따라서 이흑연화성이 큰 $10^{\circ}C/min$에서 산화안정화 한 것이 충전방전 용량이 $2^{\circ}C/min$의 경우에 비해서 1.3배로 약 400mAh/g, 충방전 효율도 $96.8\%$로 가장 우수한 특성을 나타냈다.

• 공업화학
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• 제10권6호
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• pp.822-827
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• 1999

본 연구에서는 에너지 밀도가 큰 초고용량 캐패시터를 제작하기 위한 기초 연구로서 활성탄소섬유의 물성과 유기 전해질의 특성이 초고용량 캐패시터의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 유기성 전해질의 경우는 이온의 크기가 수용성 전해질 보다 훨씬 크기 때문에 탄소전극의 세공크기에 많은 영향을 받으며, 용량을 발현할 수 있는 유효세공의 크기가 커야 한다는 것을 알 수 있었다. 혼합용매를 이용한 전해액의 조성은 큰 비축전용량과 빠른 충전속도, 그리고 낮은 ESR 및 방전전류의 세기에 대한 높은 비축전용량 유지성 등의 우수한 충방전 특성을 나타내는 것을 알 수 있었고, 전해질의 높은 이온전도도가 용량발현 및 자가방전 특성에 큰기여를 하고 있으며, 전해질 이온의 크기는 충전속도에 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.21-27
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• 2016

바나듐 레독스 흐름 전지는 황산 바탕용액 내 바나듐 이온을 함유하는 전해질을 활용하여 충전과 방전을 번갈아 운전하는 에너지 저장 장치 중 하나이다. 양극액엔 $V^{5+}$와 $V^{4+}$가 음극액엔 $V^{2+}$와 $V^{3+}$가 충전 또는 방전 모드에 따라 주로 존재하게 된다. 두 종류의 바나듐 용액이 혼액되는 것을 방지하기 위해 주로 수소이온교환막을 활용하여 전체 셀을 완성하게 된다. $V^{5+}$의 높은 산화력으로 현재 듀퐁사의 Nafion 117이 유력하나 바나듐 이온의 높은 크로스오버라는 단점을 극복해야 한다. 본 연구에서는 상기 단점을 극복할 뿐만 아니라 고가의 Nafion계 막의 가격을 저감하고 화학적 안정성을 지속적으로 유지하기 위해 다공성 폴리에틸렌 필름에 나피온 고분자를 함침하여 바나듐 레독스 흐름 전지용 복합막을 제조하였으며, 상용막인 Nafion 117과 성능을 비교 분석하였다. 복합막의 두께가 두꺼워질수록 함수율과 이온전도도가 증가 하였으나 Nafion 117에 비해 다소 낮은 성능을 확인하였으며, 바나듐 이온의 투과성은 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 충 방전 실험 결과, $190{\mu}m$ 두께의 나피온 복합막이 가장 좋은 성능을 보였으며, Nafion 117과 비교하여 전압효율은 낮아졌지만, 충 방전 효율이 높아져 전체적인 에너지 효율은 비슷하게 측정되었다. 또한 6.4% 중량비에 해당하는 지지체만큼의 과불소화 술폰산 고분자의 중량이 감소함에 따라 비용을 절감할 수 있었으며, 성능면에서는 바나듐 이온의 투과도를 낮추어 자가 방전 속도를 저하시키면서 충 방전 용량의 감소가 느려지는 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.330-334
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• 2013

실크 견직물 표면에 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP)와 실리카 나노입자의 혼합물을 코팅한 분리막을 제조하고 분리막에 전해액을 함침시켜 리튬이온전지용 분리막 겸 전해질로 사용하기 위한 특성이 조사되었다. 코팅막의 제조 시에는 전해액이 침투할 수 있는 미세다공의 형성을 심화시키기 위해 dibutylphthalate (DBP) 가소제의 함량을 변화시키면서 코팅된 분리막의 이온전도도, 함습율, 전기화학적 안정성 등을 조사하였고, 이를 리튬 이온전지에 탑재하여 여러 전류속도에 대한 충방전 특성도 함께 측정하였다. 결과적으로 실리카가 첨가되고 DBP를 40~50 wt% 사용하여 코팅된 실크 분리막이 가장 우수한 분리막 특성 및 고율 충방전 특성을 나타내었다. 이는 (i) 실크 견직물의 우수한 내구성과 내열성 이외에 (ii) DBP에 의한 미세다공 형성, (iii) 실리카에 의한 함습율 향상 등에 의해 코팅막의 표면적 및 코팅된 분리막의 이온전도도가 크게 향상되었기 때문이다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.140-141
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• 2014

차세대 전극 재료의 개발은 리튬 전지, 슈퍼 축전지, 전력 공급을 포함하는 에너지 저장 매체의 연구에 중심이 되는 요소이다. 이 가운데 금속황화물은 독특하고 우수한 특성 때문에 차세대 전극 재료로서 상당히 주목을 받고 있는 재료이다. 하지만 실제 응용 측면에 있어서 충 방전 관련된 속도와 안정성의 한계가 가장 큰 장애 요소이다. 이러한 한계를 극복하고자 나노구조화에 대한 연구가 집중적으로 진행되고 있다. 본 논문에서는 금속황화물의 에너지 저장 매체로서의 연구 내용을 기술하였다.

• 전기화학회지
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• 제19권2호
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• pp.50-56
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• 2016

본 연구에서는 습식분쇄, 분무건조 및 열처리 공정을 통해 알루미늄 및 마그네슘이 치환된 구형의 스피넬계 $Li_{1.10}Mn_{1.86}Al_{0.02}Mg_{0.02}O_4$ 양극재료를 합성하였다. 이때 공정변수로는 전구체를 만드는 분무건조공정에서 고형분(20~30 wt%)을, 열처리 공정에서는 산소분위기 유무를 변수로 하였다. 제조된 모든 양극재료는 상온에서 매우 우수한 전지특성을 보여주었으나, 출력특성에 있어서는 5C 방전곡선이 기준이 되는 0.1C 방전곡선 대비 서로 상이한 거동을 보임을 확인하였다. 이러한 고출력 거동의 차이는 첫째, 충방전 곡선상에서 3.3 V(vs. $Li/Li^+$) plateau 구간의 반응 용량 측정을 통해 양극재료의 산소결함 수준의 차이로 인한 것임을 확인하였다. 공기분위기에서 제조한 양극재료는 산소분위기에서 제조한 것에 비해 두 배 이상의 plateau 거동을 보이고 있으며, 이러한 현상으로부터 제조된 양극재료의 산소결함 정도와 방전초기 과전압 정도는 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 둘째로는 임피던스 측정을 통해 산출된 확산계수로부터 고형분이 상대적으로 낮은 상태에서 제조된 양극재료가 그렇지 않은 양극재료에 비해 상대적으로 절반 이하 낮은 값을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 입자 내부 형상 분석을 통한 내부 치밀도 및 임피던스 분석을 통한 확산속도의 차이를 확인함으로써, 방전 말단의 과전압 거동은 입자 내부의 리튬이온 확산속도와 관련이 있음을 확인하였다. 확산계수는 고형분이 상대적으로 낮은 20 wt% 상태에서 제조된 양극재료의 경우가 가장 낮으며, 이는 동일 양극재료의 내부 공극률이 가장 높은 결과와 부합하는 것이다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2015년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.255-256
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• 2015

본 논문에서는 새로이 제안되는 불연속모드 양방향 부스트-포워드 컨버터를 사용하는 셀 밸런싱 방법을 제안한다. 이 컨버터는 다중입력과 다중출력의 양방향 배터리 충방전을 다루고, 다중직렬 배터리의 전압 셀 밸런싱에 초점을 두었다. 여러 입력 배터리의 전압 차가 나지 않을 때는 부스트 컨버터가 작동하고, 레퍼런스가 되는 입력 배터리와 다른 입력 배터리의 전압이 불균형이 생길 때 포워드 컨버터가 작동하여 밸런싱을 맞추는 새로운 불연속모드 부스트-포워드 컨버터 토폴로지를 제안한다. 전압 불균형 에 따른 밸런싱 조건에 대한 식을 증명하였고, 실제로 80W급 하드웨어를 제작하여 제안된 회로를 검증하였다.

• 전기화학회지
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• 제2권2호
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• pp.106-111
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• 1999

[ $CaNi_5$ ] 수소저장합금의 전기화학적 충$\cdot$방전 특성에 미치는 MG(mechanical grinding) 영향이 Ar및 $H_2$ 가스분위기에서 조사되었다 MG공정중 $CaNi_5$ 합금은 표면 산화층의 파괴와 재생성 및 산화층 근방의 불균질화로 인하여 MG 15시간 이후부터 CaO와 Ni로 뚜렷한 상분리가 일어났다. $MG-CaNi_5$는 MG시간이 길어질수록 초기의 전기화학적 방전용량은 현저히 감소하였지만 충$\cdot$방전 싸이클의 증가에 따른 용량저하 속도는 $CaNi_5$합금에 비하여 낮았다. MG처리된 $CaNi_5$합금의 퇴화는 MG공정중의 상분리 및 불규칙화에 의한 수소의 가역반응 site의 감소 및 분극저항의 증가, KOH 전해질 내에서 합금 표면의 산화반응에 의한 부동태 피막형성에 기인하는 것으로 판단되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.691-691
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• 2013

최근 휴대용 전자기기의 전원으로서 가장 널리 사용되고 있는 리튬 이차 전지는 우수한 에너지 밀도, 낮은 자가방전 속도로 인한 비 메모리 효과, 높은 작동전압으로 다양한 전자기기뿐만 아니라 미래형 자동차산업 및 항공산업 분야에서도 점차 사용 빈도가 증가하고 있다. 현재 리튬 이차 전지의 음극물질로 널리 사용되고 있는 흑연의 경우 초기 용량 감소가 크고 이론적인 최대용량(372 mAhg-1, LiC6)이 낮다는 문제가 있어 다양한 대체물질의 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 Si는 Li과 반응하여 Li4.4Si합금을 형성하며 높은 이론용량을 갖고 상용화된 전지의 전압(~3.7 V)보다 0.3 V정도 밖에 낮지 않기때문에 재료의 개발과 함께 바로 사용화 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 Si의 경우 금속 자체로 사용되는 경우 Li 이온이 삽입되어 Li4.4Si형성 시에 310%의 부피 팽창을 일으키게 되어 분쇄반응(pulverization)을 일으키고 충 방전에 따라 급격한 용량 감소를 야기한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 보다 간단한 방법으로 Si층 사이에 수 나노의 Al층을 삽입하여 Si 입자의 부피 팽창으로부터 오는 응력을 상쇄시켜 높은 방전 용량 특성과 우수한 수명 특성을 동시에 구현하였다.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.150-156
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• 2014

본 연구는 바나듐 레독스 흐름전지에서 속도 결정단계인 양극 반응($[VO]^{2+}/[VO_2]^+$)을 개선하여 바나듐 반응의 속도를 증가시켜 흐름전지 성능을 향상시키고자 하는 목적으로 진행하엿다. 이를 위해, 다공성 촉매인 CMK3를 사용하여 일반적으로 사용되는 탄소 (Vulcan(XC-72)) 및 상용 Pt/C 촉매 (Johnson-Matthey사 Pt 20wt.%)와 그 성능을 비교하였다. 반응성은 순환주사전류법으로, 구조적 특성은 TEM과 BET&BJH을 이용하여 분석하였다. 또한, 완전지 실험을 통하여 전기화학적으로 나타난 결과가 어떻게 충방전에 적용되는지 확인하였다. 결과, CMK3는 Vulcan(XC-72)보다 6배 향상된 촉매 활성과 2배 이상 향상된 반응가역성이 나타남을 확인하였고, CMK3의 다공성 구조로 인해 Vulcan(XC-72) 보다 큰 표면적을 가지고 있음을 확인하였다. 아울러, CMK3는 백금 촉매가 없음에도, 상용 Pt/C 촉매의 85% 이상의 반응성과 가역성을 나타내었다. 완전지 실험에서 충방전 곡선은 CMK3를 적용한 흐름전지가 오히려 상용 Pt/C 촉매를 적용한 흐름전지보다 좋은 모습을 나타내었다.