This paper is intended as an investigation of study on the thermal and electrical characteristics of the carbon heating element. In this experimentation, the electric material used is the crystalline graphite a kind of natural graphite. The bentonite is used to solidify the heating element and the vacuum furnace is used for sintering it. It is noted that the natural drying time should be at least 58 hours. The plating of the electric pole with the electroless nickel showed the lowest contact resistance among others. The resistance shows linear variation with regard to length. For the insulation and resolution, the glaze coating is best with 80% of water content. The temperature rising characteristic of the heating element is better than sheath heater saving 43% of rising time. The correlation equation for temperature was obtained with the electric power.
Graphite powders were coated with ZrO₂ by the controlled hydrolysis of a DI water, ethanol and DI water+ethanol solutions. The hydrolysis process was carried out with temperature control because of the low wettability of Zr ions to the surface of the graphite. PVA was added to the solution for the enhancement of metal ion adsorption. The surface of the graphite powders coated with ZrO₂ was observed by SEM and TEM. There are two types of ZrO₂ particles with the condition of ZrOCl₂°§8H₂O aqueous solutions were used; (a) primary particles a few nm in size and (b) secondary particles with ∼0.1 ㎛ size were obtained. The graphite powders coated in 50% ethanol-50% DI water solution of Zr(SO₄)₂ㆍ4H₂O have the relatively uniform coating layer and the starting temperature of oxidation was 100℃ higher than the raw graphite.
연료전지 스택을 구성하는 핵심 부품 중 하나인 분리판(Bipolar plate)은 반응 연료인 수소와 산소를 분리하여 셀(cell)의 전면적에 균일하게 분배, 공급, 배기 및 전기화학반응에 의해 생성된 전류를 수집하며, 높은 가스밀폐성, 전기전도성 및 내식성이 요구된다. 분리판 소재로는 흑연, 고분자-탄소 복합체 및 금속 등이 사용되고 있으며, 이중 연료전지 스택의 부피, 무게 및 제조비용 감소를 위하여 금속분리판이 주목받고 있다. 그러나 금속분리판의 경우 연료전지 작동환경에서 부식반응에 의한 이온 용출로 인해 전극촉매나 고분자전해질막의 오염을 유발할 수 있다는 단점이 있어 최근 금속계 분리판의 코팅을 통하여 분리판의 내식특성 및 전기적 특성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.
In order to increase the wettability between ceramic fiber and metal matrix, ceramic fibers are generally coated with metal. In this paper, we examined how the nickel layers coated on continuous graphite fiber to increase the wettability are affected with variation applied pressure. In order to examine the behavior of nickel layer with variation of applied pressure, microstructure and nickel mapping of composites were investigated with SEM, and tensile properties of the composite were tested with UTM. As the applied pressure increases, nickel layers were resolved into the aluminum matrix and ultimate tensile strength of the composite decreased.
A study of the pack cemcented SiC coating on graphite was performed and the process conditions were evaluated by means of experimental design. The content of Si, P2O5, B and Al2O3 reaction temperature, reaction time and acid treatment wast tested as the experimental variables. The results were analyzed and compared by the characteristic value of 10% weight loss by oxidation. The acid treatment exhibited the most effective anti-oxidation property and the optimum conditions were the powder composition of 20% Si, 3% B and 77% SiC, the reaction temperature of 1550$^{\circ}C$ for 7 hours with phosphoric acid treatment. The pack coating performed under this condition improved the 10% weight loss oxidation temperature by 514$^{\circ}C$ compared to the bare graphite.
고온에서 안정적인 DLC막을 성막하기 위해 PECVD공정에서 실리콘을 첨가하여 제조하였다. 기존의 실리콘첨가 DLC막과는 다르게 고온에서 생성됨으로 마이크로 클러스터 형태의 DLC구조로서 disordered 영역이 넓게 존재하고 있어 I(D)/I(G)비에서의 변화가 있는 것이 관찰되었다. 실리콘 양이 증가할수록 값이 낮아지는 것이 관찰되는데 이는 실리콘량이 증가하면서 수소의 위치에 실리콘이 결합하면서 sp3 단일구조형태의 코팅 막을 만드는 것이 관찰된다. 고온 어닐링효과로 내부구조에서 다량의 sp2구조가 관찰되는 것으로서 DLC막이 어느 정도 흑연화되지만, 실리콘이 SiC에서 SiOx로 $SiO_2$와 SiOH막으로 바뀌는 면서 마찰계수가 낮은 DLC막을 유지할 것으로 기대되며, XPS와 FT-IR분석에 의해 이러한 상들의 존재를 관찰할 수 있었다. 특히 공정상 TMS이 증가하면 첨가된 Si에 의해 형성되는 막이 초기부터 OH기를 다량 포함하고 있는 것을 알 수 있었고, 온도 상승에 의해서 실리콘표층에 더욱 많은 SiOx계열의 물질이 생성되는 것이 명확하게 발견되었다.
V2O5-WO3-TiO2 촉매를 담지하여 그래핀(graphene) 기반 세라믹필터를 제조하였으며, 이를 활용하여 질소산화물(NOx)의 제거실험을 수행하였다. 산화그래핀(graphene oxide, GO)은 흑연(graphite)을 이용하여 Hummer's method에 의해 제조하였고 환원제로 히드라진(N2H4)을 통해 환원 산화그래핀(reduced graphene oxide, rGO)을 제조하였다. 제조된 그래핀을 세라믹필터 표면에 유-무기 하이브리드 원리를 이용하여 코팅하였으며, 여기에 광촉매물질을 담지하였다. 광촉매물질은 바나듐(V), 텅스텐(W), 티타늄(Ti)를 사용하여 sol-gel법에 의해 코팅 후 350 ℃ 소성 공정을 통하여 광촉매담지 세라믹필터를 제조하였다. UV광을 제조된 필터에 조사하여 NOx의 제거 실험을 수행하였으며, NOx의 제거 효율은 기존의 세라믹필터보다 GO 및 rGO가 코팅된 경우가 우수하였다. 이는 코팅된 그래핀에 의한 흡착성의 향상 때문으로 판단되며, 그래핀의 농도가 증가함에 따라 보다 높은 NOx의 제거효율을 확인하였다.
고분자 입자에 그래핀이 코팅된 복합체를 제조하고 구조 및 형태변화를 통한 그래핀의 새로운 응용 가능성이 제기되고 있다. 그래핀이 표면에 흡착된 폴리스티렌 복합입자의 물성제어를 위해서, 물 분산매 하에 혼합방법과 혼합순서를 달리하여 흡착반응 시간과 혼합물 내의 순간적인 상대농도 차이를 조사하였다. 유화중합으로 중합된 폴리스티렌 입자에 폴리에틸렌이민을 흡착시켜 표면에 양전하를 갖게 만든 고분자 입자와, 흑연의 화학적 박리법으로 표면에 음전하를 갖도록 제조된 그래핀 산화물과의 서로 반대되는 전하를 갖는 두 입자의 흡착을 유도한 결과 흡착반응 시간이 길수록, 순간 상대 농도차가 클수록 균질하게 표면 코팅이 만들어지고, 응집이 적은 복합 입자를 제조할 수 있었다.
Si을 리튬이온전지 음극활물질로 사용하기 위해 입도를 $0.5{\mu}m$ 보다 작은 크기로 제어하였고 표면에 탄소를 약 10 nm 두께로 코팅하였다. 그 위에 탄소섬유를 50~150 wt% 양으로 성장시키고 다시 한 번 탄소코팅을 진행하였다. 이렇게 만들어진 Si 합성물질은 전기전도성을 높이기 위한 공정으로 이종 금속을 혼합하였으며 수명 특성을 개선하기 위해 흑연과 복합화하였다. 실험 변수에 따른 재료들의 물리화학적 특성을 XRD, SEM 및 TEM을 사용하여 측정하였고 코인셀을 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. Si/PC (Pyrolytic Carbon)/CNF (Carbon Nano Fiber)보다 Si/PC/CNF/PC가 전체적으로 Si 함량이 줄어 방전용량은 상대적으로 낮게 나타났지만 전지평가에서 중요한 수명특성에서는 좋은 결과를 보여주었다. 0.2 C rate에서 $1512mA\;h\;g^{-1}$의 초기 방전 용량과 78%의 초기 효율을 나타내었고 10 싸이클에서 94%의 용량 보존율을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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