• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권2호
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• pp.194-198
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• 2022

All-solid-state thin-film battery can realize the integration of electronic circuits into small devices. However, a high voltage cathode material is required to compensate for the low energy density. Therefore, it is necessary to study all-solid-state thin-film battery based on the high voltage cathode material LNMO. Nevertheless, the electrochemical properties deteriorate due to the problem of the interface between LiNi_0.5Mn_1.5O₄ (LNMO) and the solid electrolyte LiPON. In this study, to solve this problem, amorphous V₂O₅ was deposited as an interlayer between LNMO and LiPON. We confirmed the possibility of improving cycle performance of LNMO based thin-film battery. We expect that the results of this study can extend the battery lifespan of small devices using LNMO based all-solid-state thin-film battery.

• 공업화학
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• 제34권6호
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• pp.633-639
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• 2023

We synthesized 2-(10-methyl-10H-phenothiazin-3-yl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole (MPPO) and 5,5-(10-methyl-10H-phenothiazin-3,7-diyl)-bis-(2-phenyl-1,3,4-oxadiazole) (DPPO). MPPO has both electron-donating and electron-accepting substituents with asymmetric molecular geometry. By incorporating one extra electron-accepting group into MPPO, we created a symmetric molecule, which is DPPO. The optical and electrochemical properties of these compounds were measured. The lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of DPPO was lower than that of MPPO. The excited-state dipole moment of DPPO, with symmetric geometry, was calculated to be 4.1 Debye, whereas MPPO, with asymmetric geometry, had a value of 7.0 Debye. The charge-carrier mobility of both compounds was similar. We fabricated non-doped organic light-emitting diodes (OLEDs) using D-A type molecules as an emitting layer. The current efficiency of the DPPO-based device was 7.8 cd/A, and the external quantum efficiency was 2.4% at 100 cd/m², demonstrating significantly improved performance compared to the MPPO-based device. The photophysical and electroluminescence (EL) characteristics of the two D-A type molecules showed that molecular symmetry, as well as the lowered LUMO level of DPPO, played critical roles in the enhancement of EL performance.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.550-556
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• 2022

당, 알코올, 유기산 및 아미노산 등과 같은 다양한 유기물에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 효소 연료전지의 성능은 anode 뿐만 아니라 cathode에도 큰 영향을 받는다. 본 연구의 목적은 laccase 기반의 고성능 cathode 전극을 개발하는데 있다. 효소, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 효소 복합체를 제조하고 이를 전극 표면에 다층으로 부착하며 층수 및 탄소나노튜브의 첨가 유무가 전극 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 전극 표면에 효소-전자전달체(Lac-(PVI-Os-dCl))의 층수가 증가할수록 전극에서 발생되는 환원 전류량이 증가하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 효소-전자전달체 복합체 전극(Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl))이 Lac-(PVI-Os-dCl) 전극에 비하여 1.7배 많은 환원 전류를 생성하였다. Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)과 Lac-(PVI-Os-dCl)의 비율을 변화시키며 적층한 전극들에서 2층의 Lac-(PVI-Os-dCl)과 2층의 Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)으로 구성된 전극이 가장 많은 양의 환원 전류(10.1±0.1 µA)를 생성하였다. 단일 층의 Lac-(PVI-Os-dCl)로 구성된 cathode를 사용하는 셀과 최적화된 cathode를 사용하는 셀의 최대 생산 전력밀도는 각각 0.46±0.05와 1.23±0.04 µW/cm²였다. 본 연구 결과는 전극 표면에 laccase, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 복합체의 적층 최적화를 통해 cathode 및 이를 이용하는 효소 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.

• 전기화학회지
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• 제11권2호
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• pp.109-114
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• 2008

에탄올이 이산화탄소가 생성되는 경로로 반응할 경우 12개의 전자를 발생시키게 되지만 실제로는 두 개의 탄소 원자사이의 결합력 때문에 완전 산화시키는 것이 쉽지 않다. 따라서 고성능 에탄을 산화촉매의 개발은 에탄을 연료전지 실용화에 필수적이다. 본 연구는 Pt에 Sn, Au을 첨가하여 이원계, 삼원계 촉매를 제조하여 에탄올에서의 활성과 촉매의 특성에 대한 분석을 수행하였다. 촉매합성은 modified polyol 방법을 이용하였으며 Vulcan XC-72R 담지체를 사용하여 20 wt%로 담지하였다. PtSn/c 합금촉매는 Pt : Sn의 비율이 1 : 0, 4 : 1, 3 : 1, 2 : 1, 1.5 : 1, 1 : 1, 1 : 1.5으로 합성하였으며, PtSnAu/C 합금촉매는 Pt : Sn : Au의 비율을 5 : 5 : 0, 5 : 4 : 1, 5 : 3 : 2, 5 : 2 : 3으로 합성하였다. 촉매특성은 XRD, TEM 분석을 통해 분석한 결과 $1.9{\sim}2.4\;nm$ 정도의 입자의 크기와 면심입방구조의 구조를 가지는 것으로 확인하였다. 에탄올 산화에 대한 합금촉매의 활성은 순환전류전압법으로 실험하였고, 그 중 가장 높은 성능을 가진 PtSn(1.5 : 1)/C와 PtSnAu(5 : 2 : 3)/C 합금촉매를 단위전지 성능평가륵 통해 실제 연료전지 구동환경에서 촉매의 활성을 측정하였다. 그 결과 에탄을 산화에 가장 높은 성능을 나타낸 촉매는 PtSn/c(1.5 : 1)이었고, 촉매의 안정성은 PtSnAu/C(5 : 2 : 3)에서 높게 나타났다.

• 전기화학회지
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• 제17권1호
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• pp.7-12
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• 2014

리튬이차전지의 고에너지 밀도화를 위해 전지 구성요소들의 무게 및 부피를 저감하려는 요구가 증가하고 있다. 분리막은 리튬이온의 이동통로를 제공할 뿐만 아니라 양극과 음극의 직접적인 접촉을 방지하는 핵심 부품이다. 본 연구에서는 연신 비율을 달리하여 습식방법을 통해 두께가 16, 12, $9{\mu}m$ 인 폴리에틸렌 분리막을 준비하였고, 각각의 기계적 강도 및 열적특성을 평가하였다. 또한 양극($LiCoO_2$), 음극(Graphite)을 사용한 Coin type full-cell을 제작하여 율속 특성 및 500cycle까지 사이클 수명특성을 평가하였다. 수명특성 평가를 통해 사용된 모든 두께의 분리막에서 500cycle 까지 큰 차이 없이 80% 정도의 용량유지 결과를 확인하였다. 율속 특성에서는 가장 얇은 $9{\mu}m$ 분리막이 가장 우수한 성능을 나타내었다. 흥미롭게도 $9{\mu}m$의 분리막이 $16{\mu}m$ 경우보다 열 수축률 평가에서 우수한 특성을 나타내었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제27권9호
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• pp.1310-1314
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• 2006

Sulfur-substituted $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_{2-x}S_x$ $(0\;\leq\;x\;\leq\;0.1)$ layered oxides have been prepared by solid state reaction under inert atmosphere. From powder X-ray diffraction analyses, all the present lithium manganates were found to be crystallized with monoclinic-layered structure. Electrochemical measurements clearly demonstrated that, in comparison with the pristine $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_2$, the sulfur-substituted derivatives exhibit smaller discharge capacities for the entire cycle range but the recovery of discharge capacity after the initial several cycles becomes faster upon sulfur substitution. The effect of the sulfur substitution on the chemical bonding nature of $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_{2-x}S_x$has been investigated using X-ray absorption spectroscopic (XAS) analyses at Mn and Cr K-edges. According to Mn K-edge XAS results, the trivalent oxidation state of manganese ion remains unchanged before and after the substitution whereas the local structure around manganese ions becomes more distorted with increasing the substitution rate of sulfur. On the other hand, the replacement of oxygen with sulfur has negligible influence on the local atomic arrangement around chromium ions, which is surely due to the high octahedral stabilization energy of $Cr^{+III} $ ions. Based on the present experimental findings, we have suggested that the decrease of discharge capacity upon sulfur substitution is ascribable to the enhanced structural distortion of $MnO_6$ octahedra and/or to the formation of covalent Li-S bonds, and the accompanying improvement of cyclability would be related to the depression of Mn migration and/or to the pillaring effect of larger sulfur anion.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권2호
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• pp.280-288
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• 2017

에너지 저장 매체는 소형화, 고효율화 및 그린에너지 정책에 부합하면서 연구개발이 진행되고 있으며 유연성과 신축성을 갖는 디스플레이나 웨어러블 전자기기의 발전에 상응하는 에너지 저장 매체의 개발이 시급한 상황으로 이를 실현 할 수 있는 물질가운데, 탄소나노 재료중의 하나인 그래핀과 그래핀 하이브리드와 같은 뛰어난 전기화학적 특성을 지니고 있는 나노 재료가 각광을 받고 있다. 또한 슈퍼커패시터와 배터리 및 연료전지 등과 같은 에너지 저장 소자에 응용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중에 있으며, 여러 가지 에너지 저장 매체 중 단시간에 고출력을 구현하고 장시간 신뢰성을 갖추며, 빠른 충 방전 순환특성을 가지는 슈퍼커패시터는 차세대 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 플렉시블한 특성을 갖는 그래핀과 전도성 고분자 하이브리드 전극을 기반으로 하는 슈퍼커패시터를 개발하고자 하였으며 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료를 이용하여, 전기화학적 특성을 최대화 하였다. 그 결과 굽힘 시험 전 전극의 초기 용량값은 $198.5F\;g^{-1}$ 이었으며, 500번의 굽힘 시험 후 $128.3F\;g^{-1}$로 감소하는 것을 확인하였으나, 전극의 초기 전기 용량 값의 65 %의 성능을 유지하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권5호
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• pp.191-198
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• 2018

알곤 분위기 하에서 다양한 몰 비의 Sn과 Sb 혼합분말에 대한 고에너지 볼밀을 시행하여 잔류 Sn, Sb 입자를 지닌 SnSb 합금결정상을 가지는 분말을 제조한 후, 그 소재적 특성과 리튬전기화학적 거동을 조사하였다. 시작 분말 내 Sn, Sb의 양 조절을 통해 잔류 Sn, Sb 상을 지닌 SnSb의 합금분말의 합성과 볼밀링에 의한 입자크기의 감소가 X-선 회절 분석과 입도 분석에 의해 확인되었다. Li 금속을 상대전극으로 하여 합성된 SnSb 합금분말에 대한 Li 이온의 충방전 실험 결과, 시작 분말에서 Sn과 Sb의 몰 비를 4:6으로 하여 소량의 잔류 Sb를 지닌 SnSb 합금분말에서 가장 좋은 사이클 특성을 보여, $40mA\;g^{-1}$의 정전류 하에서 50회 충방전 후 $580mAh\;g^{-1}$의 용량을 보였으며, SnSb 합금상만을 가진 분말이 다음으로 좋은 충방전 특성을 보였다. 그러나 Sn : Sb = 3 : 7 합금분말에서는 Sn과 Li-ion의 반응이 억제되어 낮은 용량을 보였다. 잔류 Sn 상이 포함된 SnSb 합금 분말은 초기의 높은 용량을 지속하지 못하고 20회 이상의 충방전 시 급격한 용량 감소를 보였다.

• 전기화학회지
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• 제4권4호
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• pp.172-175
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• 2001

마그네트론 스퍼터링 방법에 의하여 Nanophase 촉매층을 형성하여 Direct Methanol Fuel Cell(DMFC)에 적용하였다. 일반적인 박막 증착 방법보다 높은 압력 (Ar/He혼합기체)에서 금속 Target과 탄소 Target을 동시에 스퍼터링하여 내피온막 위에 직접 코팅함으로써 기공성 있는 PtRu혹은 Pt및 탄소입자를 포함한 새로운 구조의 촉매층을 형성하였다. 본 방법에 의하여 $1.5mg/cm^2$의 PtRu(Anode) 및 $1mg/cm^2$ Pt(Cathode) 로딩으로 2M Methanol, 1 Bar공기, $80^{\circ}C$조건에서 $45mW/cm^2$의 출력을 얻을 수 있었으며, 이는 기존의 상용방법에 의하여 제조된 전극보다 같은 조건에서 $30\%$의 성능향상을 제시한 것이다. 이는 Nanophase촉매층 구조로 인하여 초미세 분말을 적용하였고, 많은 량의 원자들이 입계에 배열하게 됨으로써 촉매반응을 원활하게 하고,연료의 공급을 효율적으로 해준 것에 기안한 것으로 판단된다. 그러므로, 본 연구의 결과를 응용할 경우 DMFC를 휴대용 전자기기에 적용함에 있어서 성능향상 및 가격경쟁력 확보에 도움을 줄 것으로 기대된다.

• 전기화학회지
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• 제5권1호
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• pp.7-12
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• 2002

염수 전해 공정에서 산소음극형 가스화산전극의 적용에 대해 연구, 조사하였다. 가스확산전극은 반응층, 가스확산층, 급 전체로 구성된다. 반응층은 친수성 카본블랙, 소수성 카본블랙, PTFE(polytetrafluoroethylene), 은거울반응이나 함침법에 의해 담지된 은 촉매로 제조하였다. 가스확산충은 소수성 카본블랙과 PTFE로 제조되며, 반응층 내에 사용되는 급전체는 Ni망을 사용하였다. 실험에 의하면 함침법에 의해 Ag촉매를 반응충 카본에 담지시켜 제작된 전극$(Ag\;10wt\%$,바인더 $20wt\%)$이 산소음극 과전압이 약 700mv, 전해조에 장착하여 측정한 전해전압(전해 조건이 $80^{\circ}C,\;32wt\%$ 가성소다 그리고 $300 mA/cm^2$의 전류 밀도)이 약 2.2V로 가장 우수한 결과를 나타내었다. 이는 기존 공정의 전해전압 3.4V에 비해 $30\%$이상 저감된 결과이다. 또한 개발된 가스확산 전극은 염수 분해용 전해 공정에서 3개월 연속 운전이 가능하였다.