• 전기화학회지
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• 제5권2호
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• pp.68-73
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• 2002

상용 고분자 전해질인 Nafion 115 및 Nafion 117막 위에 do magnetron sputtering방법으로 Pd박막을 다양한 두께로 증착한 다음, 개질된 고분자 전해질 막의 morphology, proton 전도도(conductivity), 메탄을 투과도(permeability)를 측정하였으며, membrane and electrode assemblies(MEA)를 구성하여 DMFC 단위전지 성능을 측정하였다. Pd 박막은 Nafion막이 지니고 있는 단점인 메탄을 crossover에 대한 barrier로서 작용하였지만, 동시에 Nafion막의 고유 특성인 proton전도도의 감소를 가져왔다. Pd박막에 의하여 개질된 Nafion막의 메탄올에 대한 투과도와 proton전도도는 Nafion 막 상에 증착된 Pd 박막의 두께가 증가할수록 직선적으로 감소하는 경향을 나타냈다 개질된 Nafon 막을 사용하여 제작한 direct methanol fuel cell(DMFC)단위전지의 성능은 전체적으로 약간 저하되었다.

• 공업화학
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• 제21권5호
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• pp.590-592
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• 2010

본 연구에서는 리튬 2차 전지의 양극물질 중 하나인 Li-Mn spinel ($LiMn_2O_4$)을 합성하기 위해 전구체로 K-Birnessite ($K_xMnO_2{\cdot}{yH_2O}$)를 이용하였다. K-Birnessite는 과망간산칼륨[$KMnO_4$]과 우레아[$CO(NH_2)_2$]를 사용하여 수열합성법으로 합성하였고, K-Birnessite와 LiOH를 수열 반응시켜 Li-Mn spinel 나노입자를 제조하였다. 리튬함량에 따른 Li-Mn spinel 의 구조 및 형상 변화와 전기화학적 특성에 대한 경향성을 알아보기 위해 LiOH와 K-Birnessite의 몰 비를 조절하여 Li-Mn spinel를 합성하였다. 합성된 분말은 X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), thermogravimetry (TG)를 이용하여 물질의 구조 및 형상을 분석하였고, 정전류법으로 양극재의 용량과 율 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 LiOH/K-Birnessite의 몰 비가 0.8일 때 가장 큰 용량($117\;mAhg^{-1}$)을 나타냈고, 몰 비가 증가할수록 Li-Mn spinel 중 리튬함량이 증가하여 용량은 감소하였으나, 입자크기는 작아져서 율 특성은 점점 향상되는 경향을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권1호
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• pp.9-15
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• 2005

본 연구에서는 전기화학적 방법에 의한 암모니아의 질소화 분해 특성을 파악하기 위하여 여러 암모니아 전해 실험 변수에 대하여 조사하였다. $IrO_2$, $RuO_2$, Pt 양극에서 암모니아의 분해에 대한 pH 및 염소 이온의 영향이 상호 비교되었으며, 전해 반응기에서의 분리막의 존재 유무, 전류밀도, 암모니아 초기 농도 등의 변화에 따른 암모니아의 전기화학적 분해 특성이 조사되었다. 산성이나 알칼리 조건에서 암모니아의 분해에 대한 전극의 성능은 전체적으로 $RuO_2{\approx}IrO_2>Pt$ 순으로 나타났다. 암모니아의 분해는 전극에 공급되는 전류 밀도가 $80mA/cm^2$에서 가장 높았으며 그 이상의 전류 밀도에서는 산소발생에 의해 암모니아의 전극 흡착이 영향을 받아 오히려 감소되었다. 암모니아 용액에 존재하는 염소 이온의 농도가 증가할수록 암모니아의 분해는 증가하나 10 g/l 이상에서는 분해율 증가가 크게 둔화되었다. pH 7의 전해 반응의 경우 전극 표면에서 OH 라디칼이 생성되어 암모늄 이온의 분해가 이루어지는데, 이 OH 라디칼은 $RuO_2$ 전극에서 가장 많이 생성이 되었다.

• 전기화학회지
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• 제22권4호
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• pp.155-163
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• 2019

우수한 수명특성을 지니는 흑연과 높은 용량을 지니고 있는 실리콘 일산화물의 혼합전극을 제조하여 리튬이온 이차전지용 음극으로 적용하여 이의 사이클 성능에 대하여 평가하였다. 천연흑연과 실리콘 일산화물을 9:1의 질량비로 혼합하여 제조한 전극은 $480mAh\;g^{-1}$의 가역용량으로 천연흑연에 비하여 33% 이상의 높은 용량을 나타내었다. 그러나, 실리콘 일산화물의 부피변화로 인하여 용량의 퇴화가 지속적으로 발생하였다. 본 연구에서는 전극 및 전해질의 구성에 변수들을 적용하여 각각의 변수가 영향을 주는 전기화학적 특성을 파악하고 이를 통하여 사이클 수명을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 전극 제조 시에 poly(vinylidene fluoride)(PVdF) 바인더에 비하여 carboxymethyl cellulose (CMC) 바인더는 가장 우수한 사이클 특성을 나타내었으며, CMC와 styrene-butadiene rubber (SBR)을 함께 사용하는 SBR/CMC 바인더의 경우에는 CMC 단독 바인더를 사용하는 경우와 유사한 사이클 특성과 동시에 속도특성에서 장점을 지니고 있었다. 전해액 첨가제로 fluoroethylene carbonate (FEC)를 적용하는 경우에 수명특성이 크게 개선되었다. FEC의 함량이 10 질량%로 높아지게 되면 전지의 속도특성이 저하되기 때문에 5 질량%의 사용이 적절하였다. 또한 전극의 로딩값을 낮추게 되면 사이클 특성을 크게 향상시킬 수 있었으며, 집전체를 사포로 연마하여 거칠기를 증가시키는 것도 사이클 특성의 개선을 가져올 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제42권1호
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• pp.122-134
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• 1998

리튬 2차 전지의 양극재료로 사용되는 스피넬형 망간산화물$(Li_xMn_2O_4)$의 전기화학적 특성과 스피넬 전극에서 용량 감소가 일어나는 원인들에 대해 알아보았고, 용량감소를 억제할 수 있는 방안들을 제시하였다. 스피넬 전극의 가역성은 스피넬 산화물의 합성방법에 따른 순도, 입자크기 및 입자크기 분포, 전극극판을 구성하는 활물질, 카본 도전재 및 결합제의 상대적인 함량 그리고 극판의 미세구조 등에 의해 결정된다. 또한 전해액을 구성하고 있는 유기용매와 리튬염의 종류도 스피넬 전극의 충방전특성에 중요한 영향을 미친다. 스피넬의 합성단계에서는 불순물의 생성과 양이온 자리바꿈(cation mixing) 등을 최소화하여야 한다. 극판의 제조시 도전재의 양은 최소화하여야 하나 스피넬의 전도도가 작으므로 도전재의 양이 너무 적으면 극판의 저항에 의한 분극손실이 크다. 결합제는 극판 구성요소의 분산도와 기계적 강도의 측면에서 최적화되어야 한다. 액체전해질로 carbonate 계열의 용매에 fluorine을 포함하고 있는 리튬염을 사용할 경우에 전해액의 산화와 스피넬의 용해 정도가 적어 양극의 용량감소가 적다. 또한, 표면적이 크고 입자크기가 작은 도전재를 사용할 경우 분극손실은 적으나 잔해질의 분해반응이 심하므로 이들 사이에 적절한 trade-off가 요구된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권9호
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• pp.2573-2576
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• 2013

Rate capability and cyclability of $LiMn_2O_4$ should be improved in order to use it as a cathode material of lithium-ion batteries for hybrid-electric-vehicles (HEV). To enhance the rate capability and cyclability of $LiMn_2O_4$, it was coated with $MnV_2O_6$ by a sol-gel method. A $V_2O_5$ sol was prepared by a melt-quenching method and the $LiMn_2O_4$ coated with the sol was heat-treated to obtain the $MnV_2O_6$ coating layer. Crystal structure and morphology of the samples were examined by X-ray diffraction, SEM and TEM. The electrochemical performances, including cyclability at $60^{\circ}C$, and rate capability of the bare and the coated $LiMn_2O_4$ were measured and compared. Overall, $MnV_2O_6$ coating on $LiMn_2O_4$ improves the cyclability at high temperature and rate capability at room temperature at the cost of discharge capacity. The improvement in cyclability at high temperature and the enhanced rate capability is believed to come from the reduced contact between the electrode, and electrolyte and higher electric conductivity of the coating layer. However, a dramatic decrease in discharge capacity would make it impractical to increase the coating amount above 3 wt %.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.693-697
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• 2016

본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT), 글루코스 산화효소(Glucose oxidase, GOx) 및 다양한 분자량의 가지달린 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, branched, bPEI)을 물리적으로 결합하여 GOx/PEI/CNT 구조를 제조한 뒤, 가교제인 테레프타랄데하이드(Terephthalaldehyde, TPA)와 알돌축합반응을 통해 TPA/[GOx/bPEI/CNT] 구조의 촉매를 합성하였으며, 각각의 전기화학적 특성 및 장기안정성 등을 평가하였다. GOx/PEI/CNT의 경우, PEI의 분자량의 증가에 따라 유의한 차이를 확인할 수 없었으나, TPA 도입한 TPA/[GOx/bPEI/CNT]는 PEI 분자의 증가에 따라 전자전달 및 장기안정성은 향상되며 글루코스의 물질전달은 감소함을 확인하였다. 또한 효소연료전지 음극 촉매로서의 최적 bPEI 분자량을 확인한 결과, 750 k PEI를 이용한 촉매(TPA/[GOx/bPEI-750k/CNT]에서 최고의 최대전력밀도($0.995mW{\cdot}cm^{-2}$)를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.216-222
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• 2013

Durability characteristics of Gas Diffusion Layer(GDL) is one of the important issues for accomplishing commercialization of Proton Exchange Membrane Fuel Cell(PEMFC). It is strongly related to the performances of PEMFC because one of the main functions of GDL is to work as a path of fuel, air and water. When the GDL does not work on their proposed functions due to the degradation of durability, mass transfer in PEMFC is disturbed and it might cause the flooding phenomenon. Thus, investigating the durability of GDL is important and understanding the GDL degradation process is needed. In this study, electrochemical degradation with carbon corrosion is introduced. The carbon corrosion experiment is carried out with GDLs which have different MPL penetration thicknesses. After the experiment, the amount of degradation of GDL is measured with various properties of GDL such as weight, thickness and performance of the PEMFC. The degraded GDL shows loss of their properties.

• Environmental Engineering Research
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• 제15권2호
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• pp.71-78
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• 2010

To understand the effects of acclimation schemes on the formation of anode biofilms, different electrical performances are characterized in this study, with the roles of suspended and attached bacteria in single-chamber microbial fuel cells (MFCs). The results show that the generation of current in single-chamber MFCs is significantly affected by the development of a biofilm matrix on the anode surface containing abundant immobilized microorganisms. The long-term operation with suspended microorganisms was demonstrated to form a dense biofilm matrix that was able to reduce the activation loss in MFCs. Also, a Pt-coated anode was not favorable for the initial or long-term bacterial attachment due to its high hydrophobicity (contact angle = $124^{\circ}$), which promotes easy detachment of the biofilm from the anode surface. Maximum power ($655.0\;mW/m^2$) was obtained at a current density of $3,358.8\;mA/m^2$ in the MFCs with longer acclimation periods. It was found that a dense biofilm was able to enhance the charge transfer rates due to the complex development of a biofilm matrix anchoring the electrochemically active microorganisms together on the anode surface. Among the major components of the extracellular polymeric substance, carbohydrates ($85.7\;mg/m^2_{anode}$) and proteins ($81.0\;mg/m^2_{anode}$) in the dense anode biofilm accounted for 17 and 19%, respectively, which are greater than those in the sparse anode biofilm.

• 공업화학
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• 제31권3호
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• pp.305-309
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• 2020

본 연구에서는 에테르가 기능화된 이온성 액체인 [DMIm][MPEGP] (1,3-dimethylimidazolium (2-methoxy(2-ethoxy(2-ethoxy)))-ethylphosphite)와 리튬염인 LiTf₂N (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)을 혼합하였고, 리튬염의 함량을 조절하여 전해질을 특성을 조사하였다. 제조된 전해질은 리튬염 혼합에 따라 불투명해지고 흐름성이 제한된 열방성 액정을 형성하였으며, 이때 리튬염의 함량에 따라 형성되는 이온성 액정의 자기조립구조와 이온 전도 현상을 다양한 분광학적 분석을 통해 조사하였다. 그 결과 이온성 액정의 향상된 이온전도도는 정렬된 구조를 통한 이온 전도 특성과 관계가 있음을 확인하였으며, 리튬이온전지 특성 평가에서 우수한 전기화학적 특성을 나타냄을 확인하였다.