• Journal of Ceramic Processing Research
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• 제19권6호
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• pp.514-518
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• 2018

The direct carbon fuel cell (DCFC) has attracted researcher's attention recently, due to its high conversion efficiency and its abundant fuel, carbon. A DCFC mathematical model has developed in two-dimensional, lab-scale, and considers Boudouard reaction and carbon monoxide (CO) oxidation. The model simulates the CO production by Boudouard reaction and additional electron production by CO oxidation. The Boudouard equilibrium strongly depends on operating temperature and affects the amount of produced CO and consequentially affects the overall fuel cell performance. Two different operating temperatures (973 K, 1023 K) has been calculated to discover the CO production by Boudouard reaction and overall fuel cell performance. Moreover, anode thickness of the cell has been considered to find out the influence of the Boudouard reaction zone in fuel cell performance. It was found that in high temperature operating DCFC modeling, the Boudouard reaction cannot be neglected and has a vital role in the overall fuel cell performance.

• 전기화학회지
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• 제11권3호
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• pp.211-222
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• 2008

휴대용 전자기기의 전원으로 채용되어 상업적으로도 성공을 거두고 있는 리튬이차전지는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 같은 비IT용 전원으로서도 중요성을 더하고 있다. 리튬이차전지는 리튬금속을 사용함에 따라서 초래되는 안전성을 문제를 탄소계음극을 채용하고 이에 따른 안전기구를 확보함에 의해 상용화 되었다고 할 수 있다. 이와 같이 전지에 있어 전극소재의 개발은 핵심기술이라 할 수 있으며, 점차 그 응용처가 확대되어 가고 있는 리튬이차전지의 전극소재 개발은 전지 산업뿐만 아니라 타 산업에 미치는 영향은 크다고 할 수 있다. 여기서는 리튬이차전지가 상용화되어 온 이후 채용되어온 음극과 개발중인 음극 후보에 대해 그 장단점을 분석해 보고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.132.1-132.1
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• 2010

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC still contain combustible components such as hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbon. Thus, it's very important to fully burn anode off-gas and use the generated heat in order to increase system efficiency. In the present study, catalytic combustors have been applied to high temperature MCFC system so that the combustion of anode-off gas can be boosted up. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple commercial catalysts having different structures and compositions. In order to determine the design conditions of the catalytic combustor, parameters such as inlet temperature, space velocity and excess air ratio have been varied and optimized for combustor design. Results show that $H_2$ in off-gas assists $CH_4$ combustion in a way that it decreases minimum inlet temperature limit and increases maximum space velocity while keeping high fuel conversion efficiency.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.170-178
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• 2016

Composited molybdenum oxide and amorphous carbon (MoO₃/C) as anode material for lithium ion batteries has been successfully synthesized by calcining polyaniline (PANI) doped with ammonium heptamolybdate tetrahydrate (AMo). The as prepared electrode material was characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The electrochemical performance of the anode was investigated by galvanostatic charge/discharge, cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The MoO₃/C shows higher specific capacity, better cyclic performance and rate performance than pristine MoO₃ at room temperature. The electrochemical of MoO₃/C properties at various temperatures were also investigated. At elevated temperature, MoO₃/C exhibited higher specific capacity but suffered rapidly declines. While at low temperature, the electrochemical performance was mainly limited by the low kinetics of lithium ion diffusion and the high charge transfer resistance.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.92.1-92.1
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• 2011

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC contains a significant amount of combustible components like hydrogen, carbon monoxide and methane according to fuel utilization ratio of the fuel cell stack. Thus, it is important to fully burn anode off-gas and utilize the generated heat in order to increase system efficiency and reduce emissions as well. In the present study, 25 kW catalytic combustor has been developed for the application to a load-following 300kW MCFC system. Mixing and combustion characteristics have been experimentally investigated with the catalytic combustor. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple catalysts having different structures and compositions. Results show that the exhaust emissions are highly dependent on the catalyst loading and the ratio of catalytic components. Test results at load-following conditions are also shown in the present study.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제12권1호
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• pp.74-81
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• 2021

Silicon (Si) is recognized as a promising anode material for high-energy-density lithium-ion batteries. However, under a condition of electrode comparable to commercial graphite anodes with low binder content and a high electrode density, the practical use of Si is limited due to the huge volume change associated with Si-Li alloying/de-alloying. Here, we report a novel core-shell composite, having a reversible capacity of ~ 500 mAh g-1, by forming a shell composed of a mixture of nano-Si, graphite nanosheets and a pitch carbon on a spherical natural graphite particle. The electrochemical measurements are performed using electrodes with 2 wt % styrene butadiene rubber (SBR) and 2 wt.% carboxymethyl cellulose (CMC) binder in an electrode density of ~ 1.6 g cm-3. The core-shell composites having the reversible capacity of 478 mAh g-1 shows the outstanding capacity retention of 99% after 100 cycles with the initial coulombic efficiency of 90%. The heterostructure of core-shell composites appears to be very effective in buffering the volume change of Si during cycling.

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.85-89
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• 2000

Lithium ion Battery(LIB)의 음극 활물질로써 리튬을 대체하기 위한 노력으로 phenol resin을 탄화시킨 탄소재료를 사용하였다. Phenol resin을 소성하면 축합반응을 일으키면서 탄화되어 무정형 탄소가 된다. 무정형 탄소는 층간거리가 넓어 리튬의 삽입과 탈리가 용이하지만 탄소간의 결합력이 약하여 구조적 붕괴가 일어난다. 이러한 문제를 해결하기 위해 세공형성제로서 $ZnCl_2$를 사용하였다. $ZnCl_2$는 생성된 물질에서 3차원적 망상구조로 성장하는 개방세공을 형성하는 세공형성제로서 뿐만 아니라, 벌크 첨가제가 도핑된 느슨한 구조를 형성하는 미세세공 형성제로서 작용하였다. SEM을 통해서 구조적 차이를 알 수 있었으며, XRD분석으로 층간의 거리를 알 수 있었다. CV측정을 통해 두 가지 샘플에 대한 산화와 환원 반응의 차이를 알아보았다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제8권2호
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• pp.25-29
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• 2001

본 연구에서는 mesocarbon microbeads(MCMB)카본에 에폭시 수지(resin)를 코팅시킴으로 서 카본전극 표면개질에 따른 전지 성능의 개선효과에 관하여 고찰하였다. 에폭시 수지에 의한 카본의 표면코팅은 MCMB 분말을 에폭시 수지가 용해된 THF(tetrahydrofuran)용액에 넣어 혼합함으로서 표면에 에폭시 수지가 코팅 되도록 하였다. 이렇게 에폭시 수지가 코팅된 MCMB를 $1000^{\circ}C$이상의 온도로 열처리하여 고분해능 투과전자현미경으로 관찰한 결과, 코팅층은 비정질 카본 구조를 지님을 알 수 있었다. 또한, 에폭시 수지에 의하여 코팅된 MCMB는 코팅되지 않은 MCMB보다 더 높은 BET비 표면적을 나타내었으며, 더 우수한 충방전 용량과 싸이클 특성을 나타내었다. 카본표면에 코팅된 에폭시 수지가 얇은 비정질 막으로 표면에 존재함으로서 전해질과 카본결정과의 반응을 억제시키는 방지막 역할을 하기 때문에 전지특성이 개선된 것으로 해석된다.

• 전기화학회지
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• 제7권3호
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• pp.143-147
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• 2004

Vapor grown carbon fiber(VGCF)가 각기 달리 첨가된 부극으로 제조된 LPB의 특성을 조사하였다. MCMB를 활물질로, VGCF를 도전재로 사용하였을 경우, 전지의 내부저항과 1차 Ah효율은 VGCF첨가량이 많아질수록 감소하였고 방전 용량과 이용률은 증가하였다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 최저 임피던스를 나타내었고, $8wt\%$의 VGCF첨가한 경우는 VGCF를 첨가하지 않은 것과 유사한 임피던스를 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 최고의 전지 특성을 나타내었다. 이 전지의 내부저항은 실온에서 $0.918\Omega$이였고, 2C에서의 고율 방전 시의 용량은 $93\%$였다. 율 특성과 수명 특성은 $4wt\%$와 $6wt\%$운의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지가 타 전지에 비해 우수하였고 두 경우는 매우 유사한 결과를 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지의 경우, 방전 용량은 충방전 사이클링을 진행함에 따라 서서히 감소하여 100회에서 178mAh/g의 비용량을 나타내었으며 이후에는 완만한 감소경향을 나타내었다. $6wt\%$의 VGCF첨가의 경우 이용률은 100회에서 $90\%$ 이상으로 $4wt\%$의 VGCF가 첨가된 부극으로 제조된 전지 보다 우수하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.525-530
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• 2019

고체산화물 연료전지의 성능과 안정성은 전극의 기공률, 기공 분포와 전해질의 치밀도, 두께에 따라 결정 된다. 연료극의 기공률과 기공 분포는 활성면적와 연료 흐름에 영향을 주고, 전해질의 치밀한 미세구조와 두께는 단위전지의 Ohmic 저항에 영향을 준다. 하지만 이를 위해 값 비싼 공정 장비를 이용하거나 여러 단계의 제작 공정이 추가 될 경우 단위전지 제작비가 증가하므로 상업화를 목표로 하는 연구에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상용 소재 기반의 NiO-YSZ 연료극을 선정 후 간단한 혼합 방법 및 일축가압 성형법과 담금코팅(dip coating) 공정을 사용하여 저비용 고효율의 세라믹 공정 기반의 고성능 단위전지를 제작하였다. 연료극의 기공률은 기공형성제로서 사용되는 카본 블랙(CB, carbon black)의 첨가량(10~20 wt%)과 최종 소결온도($1350{\sim}1450^{\circ}C$)를 변경하며 제어하였고, YSZ 전해질의 두께와 미세구조는 담금코팅 슬러리의 고상 분말량(YSZ, 1~5 vol%)을 제어하여 치밀한 박막의 전해질을 구현하고자 하였다. 그 결과 Ni-YSZ 연료극에서 최적의 값으로 잘 알려진 40%의 기공률은 카본 블랙을 15 wt% 첨가하고최종소결온도를 $1350^{\circ}C$로설정함으로써얻을수있었다. 담금코팅을통한 YSZ 두께는 $2{\sim}28{\mu}m$까지 제어가 가능하였고, 3 vol%의 고상분말량에서 치밀한 전해질 미세구조가 형성되었다. 최종적으로 40%의 기공률을 갖는 Ni-YSZ 연료극, $20{\mu}m$ 두께의 치밀한 YSZ전해질, LSM-YSZ 공기극으로 구성된 단위전지는 $800^{\circ}C$에서 $1.426Wcm^{-2}$의 우수한 성능을 얻을 수 있었다.