• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제68권
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• pp.140-145
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• 2018

Bulky carbon layer uniformly distributed with nanoscale $Fe_2O_3$ was prepared via a direct carbonation of $Fe^{3+}$-polyacrylonitrile complexes at $700^{\circ}C$ under $N_2$ flow. The iron oxide carbon composites exhibited an excellent cycling performance for lithium storage with a reversible capacity of ${\sim}810mAh\;g^{-1}$ after 250 cycles at a current rate of $100mA\;g^{-1}$. The enhancement was mainly attributed to dual functions of bulky carbon layer which facilitated the lithium-ion diffusion and accommodated the volume changes of active $Fe_2O_3$ during charge/discharge process. Our novel chemical strategy is quite effective for scalable fabrication of high capacity lithium-storage materials.

• 한국분말재료학회지
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• 제23권4호
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• pp.317-324
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• 2016

Tin is one of the most promising anode materials for next-generation lithium-ion batteries with a high energy density. However, the commercialization of tin-based anodes is still hindered due to the large volume change (over 260%) upon lithiation/delithiation cycling. To solve the problem, many efforts have been focused on enhancing structural stability of tin particles in electrodes. In this work, we synthesize tin nano-powders with an amorphous carbon layer on the surface and surroundings of the powder by electrical wire explosion in alcohol-based liquid media at room temperature. The morphology and microstructures of the powders are characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy. The electrochemical properties of the powder for use as an anode material for lithium-ion battery are evaluated by cyclic voltammetry and a galvanometric discharge-charge method. It is shown that the carbon-coated tin nano-powders prepared in hexanol media exhibit a high initial charge specific capacity of 902 mAh/g and a high capacity retention of 89% after 50 cycles.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제10권2호
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• pp.131-138
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• 2019

To improve the performance of Si anodes in advanced Li-ion batteries, the design of the electrode plays a critical role, especially due to the large volumetric expansion in the Si anode during Li insertion. In our study, we used a simple fabrication method to prepare Si-based electrodes by grafting polyacrylic acid (PAA) to a carboxymethyl cellulose (CMC) binder (CMC-g-PAA). The procedure consists of first mixing nano-sized Si and the binders (CMC and PAA), and then coating the slurry on a Cu foil. The carbon network was formed via carbonization of the binders i.e., by a simple heat treatment of the electrode. The carbon network in the electrode is mechanically and electrically robust, which leads to higher electrical conductivity and better mechanical property. This explains its long cycle performance without the addition of a conducting agent (for example, carbon). Therefore, the partially carbonized CMC-g-PAA binder presented in this study represents a new feasible approach to produce Si anodes for use in advanced Li-ion batteries.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권1호
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• pp.29-35
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• 2023

Herein we investigated the effect of the conductive agent on the electrochemical performance of the SiOx anode. SiOx anodes have a relatively low volume expansion (~160%) compared to Pure-silicon, but have a problem in that they have a poor electrical conductivity characteristic. In this study, physical and electrochemical measurements were performed using two 0-dimensional amorphous carbon conductive agents with different crystallinity and surface area. The crystal structure of the conductive agents and the local graphitization degree were analyzed through XRD and Raman, and the surface area of the particles was observed through BET. In addition, the electrical performance according to the graphitization degree of the conductive agents was confirmed through a 4-point probe. As a result of the electrochemical cycle and rate performance, it was confirmed that the performance of SiOx using a conductive agent having a low graphitization degree and a high surface area was improved. The results in this study suggest that the graphitization degree and surface area of the amorphous carbon conductive agent may play an important role in the SiOx electrode.

• Carbon letters
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• 제2권1호
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• pp.72-75
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• 2001

The performance of Li-ion system based on $LiCoO_2$ and Graphite is well optimized for the 3C applications. The charge-discharge mode, the manufacturing process, the cell performance and the thermal reactions affecting safety has been explained in the engineering point of view. The energy density of the current LIB system is in the range of 300~400 Wh/l. In order to achieve the energy density higher than 500 Wh/l, the active materials should be modified or changed. Adopting new high capacity anode materials would be effective to improve energy density.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권1호
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• pp.257-260
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• 2014

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.307-312
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• 2017

본 연구에서는 PFO (pyrolyzed fuel oil)를 이용해 탄소 전구체(피치)를 얻은 후 KOH와 $K_2CO_3$를 이용한 화학적 활성화를 통해 표면 개질한 카본의 전기화학적 특성을 분석하였다. 탄소 전구체는 3903, 4001, 4002의 세 종류를 사용하였으며, 각 각 PFO를 $390^{\circ}C$ 3 시간, $400^{\circ}C$ 1시간, $400^{\circ}C$ 2 시간 열처리 하여 제조하였다. 또한 화학적 활성화 실험은 활성 촉매의 종류, 교반시간 등을 변화시키면서 비표면적 및 기공크기 등의 물성이 전기화학적 특성에 미치는 효과를 조사 하였다. 제조된 표면개질 PFO 피치의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 통해 분석되었으며, 음극 소재로서의 전기 화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 속도 테스트를 통해 조사되었다. 화학적 활성화법을 이용해 제조한 카본의 평균 기공크기는 22 nm, 비표면적은 $3.12m^2/g$의 결과를 얻었다. 세 가지 개질된 석유계 피치를 음극소재로 사용하여 조사된 전기화학적 특성은 4001 피치가 가장 우수한 것으로 나타났으며, 이 때 표면개질 조건은 KOH를 사용하여 2시간 교반 후 화학적 활성화법에 의하여 열처리 하였다. KOH를 이용한 표면개질 PFO 피치를 사용해 제조한 전지의 초기 용량은 318 mAh/g, 초기효율은 80%로 우수한 결과를 보였으며, 2C/0.1C 속도 테스트 특성은 92%로 높은 특성을 보였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.757-764
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• 2012

본 연구에서는 흑연섬유직물로 이루어진 산화전극의 표면을 하이드로젤 및 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체를 이용하여 표면을 개질하였다. 개질된 산화전극이 미생물연료전지의 성능향상에 미치는 영향을 회분식 시스템을 이용하여 평가하였으며, 개질하지 않은 흑연섬유직물 및 흑연펠트 산화전극과 비교하였다. 미생물연료전지의 전력밀도는 산화전극 및 환원전극의 성능에 크게 영향을 받았다. 최대전력밀도는 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체로 흑연섬유직물 표면을 개질한 산화전극을 사용한 경우 $1,162mW/m^2$로서 표면개질을 하지 않은 흑연섬유직물 산환전극을 사용한 미생물연료전지에 비하여 27.7% 향상되었다. 산화전극 표면을 개질에 사용된 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체는 산화전극 표면의 생물친화도와 전도성을 증가시키고 활성화저항을 크게 감소시킬 수 있는 우수한 표면개질제로 평가되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.798-803
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• 2018

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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.9-12
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• 2008

The internal reforming of n-Butane on Ni-YSZ and Cu-Ceria-YSZ was investigated with anode granule at steam to carbon ratio from 0 to 3 and at temperature of $750^{\circ}C$. Although hydrogen production was lager at Ni-YSZ, resistivity for carbon deposition was better at Cu-Ceria-YSZ. These phenomena occur because unwanted side reaction go on with reforming reaction for hydrogen production at Ni-YSZ.