• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.14-20
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• 2018

전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 전지가 전기자동차용 전지로 유력한 후보이다. 리튬이온 전지의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 전지 전체 생산 공정에서 중요한 역할을 한다. 특히 전극의 제조 공정 중 코팅 공정은 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다. 본 논문에서는 전극 제조에서 코팅 공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 혁신적인 공정을 제안하고, 장비 설계 방법 및 개발 결과에 대하여 기술하였다. 구체적으로, 극판 핵심 코팅 품질 25% Upgrade 기술, 제품 고출력/고용량화 에 따른 조립 마진 감소 대응 가능 기술, 그리고 제품 용량 품질 및 조립 공정 수율 향상 기술들에 대한 설계 절차 및 개발방법을 제시하였다. 결과로 리튬이온 배터리의 셀의 제품 수명 개선 효과를 확보 하였다. 기존의 코팅 공정과 비교할 때 양극 용량 유지 위해 Target Loading Level 유지, 산포를 향상시켰다(${\pm}0.4{\rightarrow}{\pm}0.3mg/cm^2r$감소).

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권12호
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• pp.3731-3739
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• 2009

철, 황동, 아연, 구리 등 금속과 탄소섬유를 양전극으로 한 해양 퇴적물 전지를 구성하여 전기적 특성을 알아보았다. 금속 전극으로는 철, 황동, 아연, 구리판과 탄소전극으로는 graphite felt가 사용되고 환원부 전극은 graphite felt로 하였다. 해안 퇴적토에 서식하는 미생물군에 의해, 또는 빠른 금속 부식반응에 기초한 산화작용에 의해 전자가 방출되고 아연/철 전극에서 최대전류가 $7.7\;A/m^2$, 철 전극에서 최대 $6.9\;W/m^2$의 전력밀도가 형성되었다. 탄소 천을 감싼 복합금속전극 시험결과 금속전극만 사용한 경우보다 전기특성이 60%정도 향상되었고 이는 미생물 증식과 부식에 의한 산화피막 형성이 지연된 결과로 여겨진다. 산화전극부의 ORP는 실험시간 내내 일정하였으며 구리전극 사용시 유기산 형성으로 추정되는 약한 pH 강하가 일어났다. 전극부와 전해질 부분의 전기저항을 계산한 결과 전기 생산의 주 영향인자는 부식반응 조절과 미생물의 전자 이전활성에 있음을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권3호
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• pp.167-173
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• 2011

Ferricyanide를 환원제로 사용하는 이형반응기 미생물연료전지 시스템에서 전류밀도, 전력밀도, 쿨롱효율 등의 전기적 특성에 미치는 외부저항의 영향을 규명하고자 하였다. 음극반응기에 미생물을 접종하고 일정한 시간이 경과하면 안정적인 전기가 생산되었으며 $50{\Omega}$의 외부저항에서 0.13~0.16 V 범위의 전압이 발생되었다. 외부저항이 증가함에 따라 전류밀도는 감소하였으며 전력밀도는 일정한 값까지는 급격하게 증가하다가 서서히 감소하는 것으로 나타났다. 외부저항을 단계적으로 감소시키는 반복실험을 수행한 결과, 일정한 범위의 전류밀도까지는 측정값들의 편차가 크지 않았으나 높은 전류밀도 영역에서는 기질소모로 발생하는 농도손실의 영향으로 측정값의 변동성이 매우 크게 나타났다. 전력밀도 및 쿨롱효율은 MFC 시스템의 내부저항($134{\Omega}$)과 가까운 $100{\Omega}$의 외부저항에서 각각 $175.8mW/m^2$과 46.1%의 최대값을 가지는 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제8권3호
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• pp.482-488
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• 1997

유동층 반응기를 사용하여 효율적으로 동을 포함한 전자회사 공장의 폐수로부터 순수 동을 회수하고자 하였다. 폐수에 포함된 동의 초기농도, 반응기 내부에서 액체의 유속, 반응온도, 반응기 내부에서 양극과 음극간의 전류밀도 그리고 반응시간 등을 실험변수로 선택하였으며 이들 실험변수들이 동의 회수율에 미치는 영향등에 대해 검토하였다. 또한, 본 연구의 실험결과를 실제공정에 공업적으로 적용할 수 있도록 연속공정에서 필요한 기초자료를 제공하고자 하였다. 본 연구의 결과 유동층 반응기를 사용하여 동을 포함한 전자공장의 폐수로부터 매우 효과적으로 순도가 높은 동의 분말을 회수할 수 있었다. 본 연구의 실험범위에서 동의 회수율은 폐수에 포함된 동의 농도가 증가할수록 감소하였으며, 전류밀도와 반응시간이 증가함에 따라 증가하였으나, 액체의 유속과 반응온도가 변화함에 따라 최대값을 나타내었다. 본 연구의 범위에서 동의 회수율을 85% 정도 이상으로 유지하기 위한 최적 반응조건은 폐수중의 동의 농도는 3wt%, 액체의 유속은 0.5cm/s, 반응온도는 $25^{\circ}C$, 전류밀도는 $7A/dm^2$ 그리고 반응시간은 2시간으로 나타났다 이와 같은 방법에 의한 동의 회수방법은 분말재료의 혼합이나 도금등에도 적용될 수 있을것으로 판단되며, 이 경우 복합분말재료의 균질도를 향상시켜 이를 원료로 하여 생산되는 제품의 상품성을 증가시키는데 응용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 본 연구의 결과는 전자공장에서 다량 방출되는 금속성 폐수로 부터 금속성분을 회수함으로써 수질오염을 방지할수 있는데 이와 같은 공정설계에도 적용할 수 있는 중요한 공학적 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권5호
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• pp.242-248
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• 2016

연료전지에서의 전체 반응 속도는 산화전극에서 일어나는 수소산화반응에 비해 그 반응 속도가 현저히 느린 환원전극에서의 산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR)에 의해 결정된다. ORR 효율성 평가를 용이하게 하는 지표(descriptor)로서 촉매 표면에서의 산소원자 흡착강도를 활용하는데, 산소흡착강도는 촉매 표면의 기하학적 구조 변형에 따른 전자구조를 변형함으로써 조절할 수 있다. 이에 본 연구에서는 백금 표면의 원자모델을 이용하여 표면의 기하학적 구조가 산소흡착강도에 미치는 영향과 그 원인을 밀도범함수이론(density functional theory, DFT) 계산을 통해 분석하였다. 먼저, 기하학적 구조를 인위적으로 변형시킨 Pt(111) 표면에서의 산소흡착반응을 밀도범함수이론 계산을 이용해 분석함으로써 기하학적 구조변화가 산소흡착강도에 미치는 영향(strain effect)을 확인하였다. 최적화한 Pt 격자상수($3.977{\AA}$)에 ${\pm}1%$ 간격의 변화율을 적용하고 각 변화율마다의 산소흡착강도를 계산하였는데, Pt-Pt 원자 간 거리가 멀어질수록 산소흡착강도가 강해지는 것을 확인하였다. 이는 원자 간 거리가 증가할수록 d-band center가 페르미 준위(Fermi level)쪽으로 이동하게 되며, 이로써 일부 반결합 오비탈(anti-bonding orbitals)에 전자가 채워지지 않기 때문에 전체적으로 반결합 오비탈이 형성될 가능성이 적어지기 때문이다. 결과적으로, 순수한 백금이 가진 격자상수($3.9771{\AA}$) 보다 약 2~4% 작은 백금 표면 격자크기를 가질 수 있도록 유도할 수 있다면 산소흡착강도가 적절히 약하게 조절될 수 있으며, 이는 순수한 백금보다 더 향상된 ORR 성능을 가진 촉매물질 개발 연구를 위한 기초자료로서 활용할 수 있을 것이다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권1호
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• pp.11-19
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• 2015

원자력발전소 증설에 따라 핵연료 피복관의 생산량이 증가 할 것으로 예상되며, 튜브 제조 시 발생되는 지르코늄(Zr) 스크랩 역시 증가 할 것으로 판단된다. 지르코늄(Zr) 정련기 대용량화와 회수율 향상을 위한 사전 연구로서 LiF-KF-ZrF₄ 불화물의 염에서 다전극을 이용하여 전해정련실험을 실시하였다. LiF-KF-ZrF₄염에서는 -0.8 V(vs.Ni)에서 환원전위가 관찰되었으며, 분극 거동 관찰 결과 전극의 개수가 증가할수록 셀의 저항이 낮아져 인가전류량이 증가하였다. 6개의 다 전극을 이용하여 정련 실험을 한 결과 가장 낮은 전류밀도인 25.64 mA/cm²조건에서 98%의 회수율로 가장 높은 회수율은 보였다. XRD 및 TG 분석 결과 순수한 Zr이 회수되었으며, ICP 분석결과 양극재의 기본 불순물 함량을 포함한 순도 97.8% 보다 낮은 불순물의 함량을 포함한 순도 99.92%의 Zr을 나타내었다. 폭 20 mm 높이 65 mm의 전극 6개를 사용시 전력소모율은 7.15 kWh/Kg으로 크롤 공정대비 39.7% 전력을 소모하게 된다. 다 전극 사용 시 단일 전극 사용에 비해 인가전류와 셀 효율 및 회수율 증대로 대용량화를 위한 효율적인 기술로 판단된다.

• 분석과학
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• 제7권3호
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• pp.315-320
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• 1994

고성능 에너지 저장제로 사용되는 Li-GICs(Lithium-Graphite Intercalation Compounds)를 혼합 가압법에 의하여 Li의 함유량에 따라 합성하였다. 이들 합성된 화합물을 X-선 회절법, UV/VIS 분광학적 분석법 및 CHN 분석법을 이용하여 화합물의 특성을 알아 보았다. X-선 회절 분석 결과에 의하며 리튬의 함유량이 증가함에 따라 낮은 stage가 관찰되었으나, 이들 화합물이 혼재된 stage를 가지고 있음을 알 수 있었다. $Li_{40wt%}$의 경우 지배적으로 stage 1의 구조가 나타났지만 순수한 stage 1의 화합물은 얻을 수가 없었다. stage 1의 화합물이 가지는 $d_{001}$값은 약 $3.70{\AA}$을 나타내었다. 분광학적 분석결과에 의하면 각각의 화합물들은 뚜렷한 에너지 스펙트럼을 나타내었고, 이들 곡선으로부터 $R_{min}$에 최저값의 형성이 리튬의 함량이 증가함에 따라 높은 에너지쪽에서 형성되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는 안정한 stage의 형성을 나타내 주고 있다. 원소분석기에 의한 결과를 이용하여 Li-GICs의 화학적인 구성과 관련하여 혼합된 상태를 알 수 있었으며, 혼합 가압법의 우수성을 알 수 있었다. 이들 결과로부터 $Li_{10wt%}$-GIC와 $Li_{20wt%}$-GIC의 경우는 2차 전지의 양극에서의 이용 가능성을 제시하여 주고 있다.

• 분석과학
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• 제26권1호
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• pp.42-50
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• 2013

이 논문은 센서 및 연료전지에 사용할 수 있는 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매의 제조 및 전기화학적 촉매의 특성에 대한 것이다. 이 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 주형제인 폴리스틸렌볼(PSB)을 제조하고, 이 주형제의 표면에 졸-겔 반응을 통해 $TiO_2$를 코팅한 후, $Pt^{4+}$와 $Ru^{3+}$의 환원에 의해 제조하였다. 제조된, $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 전자투과현미경(TEM), X-선 회절(XRD)와 원소분석에 의해 특성평가 하였고, $Pt-Ru@TiO_2-H$의 전기화학적 촉매특성은 에탄올, 메탄올, 도파민, 아스크로브 산, 프로말린과 글루코오즈의 산화-환원 능력에 의해 평가 하였다. 이 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 바이오분자에 대해 전기화학적촉매 특성을 나타내어, 연료전지 전극 또는 비효소바이오센서에 사용 될 것으로 기대된다.

• 한국안광학회지
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• 제6권2호
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• pp.71-75
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• 2001

본 논문에서는 열자극발광 스팩트럼을 온도, 파장, 발광강도의 3차원으로 측정할 수 있는 장치를 소개하고, 고감도 TLD인 $CaSO_4$ : Dy, P의 열자극발광을 이 장치를 이용하여 측정하였다. 측정시스템은 분광장치(spectrometer), 열자극을 위한 온도조절부, 광검출기(photon detector) 그리고 전체 시스템을 제어하고 측정 데이터를 기록 및 디스플레이하기 위한 컴퓨터로 구성되어 있다. 온도조절은 피드백(feedback)을 방식을 이용하였고, 피드백을 위한 온도는 디지털멀티미터로 측정하고 GPIB를 통하여 제어용 컴퓨터에 보내지고 컴퓨터는 전원공급기(power supply)를 제어하게 된다. 분광장치는 SPEX CD-2A를 통하여 컴퓨터에 의해 제어되고 광검출은 광증배관(photomultiplier tube)을 이용하여 측정하고 A/D 변환기를 통하여 컴퓨터에 보내져 저장되게 된다. 고강도 TL 물질인 $CaSO_4$ : Dy, P의 열자극발광을 위 장치를 이용하여 측정하였다. 측정영역은 온도 $30{\sim}300^{\circ}C$ 그리고 파장 300~800 nm였다. $CaSO_4$ : Dy. P 물질은 한국원자력연구소에서 Yamashita법으로 누적 방사선량 측정용으로 개발된 물질이다. 측정결과 온도 약 $250^{\circ}C$, 파장 약 476 nm 그리고 572 nm에서 2개의 주(main) 피크(peak)가 관측되었으며, 온도 $205^{\circ}C$, 파장 658 nm 그리고 749 nm에서 매우 약한 발광 피크가 관측되었다.

• 한국안광학회지
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• 제14권4호
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• pp.33-37
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• 2009

목적: 본 연구에서는 양극산화방법을 이용하여 티타늄 안경테를 다양한 색상으로 착색하는 조건들을 규명하고자 한다. 방법: 자체 제작한 양극산화박막 제조 장치를 사용하였다. 음극에는 $3{\times}3cm^2$의 백금판을 사용하였으며, 양극에는 티타늄 안경테 재료 시편을 장착한 다음 전해액이 접촉하도록 하였다. 전원 장치는 정전류 방식으로 시간에 따라 일정한 전류가 미세하게 조정되도록 고안 설계하였다. 산화막의 색분석은 분광측색계의 적분구를 이용하였고, 색좌표는 CIE $L^*a^*b$ color system를 사용하였다. 결과 및 고찰: 전극에 인가되는 시간을 조정하여 티타늄 안경테 재료의 산화막($TiO_2$) 두께를 변화시킴으로서 호도색, 황갈색, 군청색, 파란색, 연푸른색, 녹두색, 황록색, 연보라색, 보라색, 꽃분홍색, 청록색, 에메랄트색, 녹색등 다양한 색상을 얻을 수 있었다. 정확한 색상 변화를 CIE $L^*a^*b^*$ 값을 측정하였다. 그 결과 티타늄 안경테 재료 산화막의 두께가 두꺼워지면서 색좌표 상에서 시계방향으로 변화가 진행 되는 것을 알 수 있었다. 결론: 티타늄 안경테 재료에 양극산화에 의해 착색원리를 규명하였다.