• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.72-72
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• 2012

Lithium rechargeable batteries have been widely used as key power sources for portable devices for the last couple of decades. Their high energy density and power have allowed the proliferation of ever more complex portable devices such as cellular phones, laptops and PDA's. For larger scale applications, such as batteries in plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) or power tools, higher standards of the battery, especially in term of the rate (power) capability and energy density, are required. In PHEV, the materials in the rechargeable battery must be able to charge and discharge (power capability) with sufficient speed to take advantage of regenerative braking and give the desirable power to accelerate the car. The driving mileage of the electric car is simply a function of the energy density of the batteries. Since the successful launch of recent Ni-MH (Nickel Metal Hydride)-based HEVs (Hybrid Electric Vehicles) in the market, there has been intense demand for the high power-capable Li battery with higher energy density and reduced cost to make HEV vehicles more efficient and reduce emissions. However, current Li rechargeable battery technology has to improve significantly to meet the requirements for HEV applications not to mention PHEV. In an effort to design and develop an advanced electrode material with high power and energy for Li rechargeable batteries, we approached to this in two different length scales - Atomic and Nano engineering of materials. In the atomic design of electrode materials, we have combined theoretical investigation using ab initio calculations with experimental realization. Based on fundamental understanding on Li diffusion, polaronic conduction, operating potential, electronic structure and atomic bonding nature of electrode materials by theoretical calculations, we could identify and define the problems of existing electrode materials, suggest possible strategy and experimentally improve the electrochemical property. This approach often leads to a design of completely new compounds with new crystal structures. In this seminar, I will talk about two examples of electrode material study under this approach; $LiNi_{0.5}Mn_{0.5}O_2$ based layered materials and olivine based multi-component systems. In the other scale of approach; nano engineering; the morphology of electrode materials are controlled in nano scales to explore new electrochemical properties arising from the limited length scales and nano scale electrode architecture. Power, energy and cycle stability are demonstrated to be sensitively affected by electrode architecture in nano scales. This part of story will be only given summarized in the talk.

• 전기화학회지
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• 제3권4호
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• pp.204-210
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• 2000

용융아연 도금 강판 제조시 용융아연 도금 bath중의 알루미늄 농도를 조절하는 것은 매우 중요하다 본 연구의 목적은 용융아연 도금욕 중 알루미늄 농도를 신속하게 측정할 수 있는 센서 개발을 위한 기초 data를 제공하는 것이다. $CaF_2$고체전해질과 3가지 종류의 참조극을 사용하여 $460^{\circ}C\~500^{\circ}C$의 순수한 용융아연 bath에서 불소포텐샬을 측정하였다. 용융 아연 중 알루미늄의 농도를 측정하기 위하여 다음과 같은 불소 이온 농담전지 센서를 구성하였다. $$(-)W|Zn-Al,\;AlF_3|CaF_2|Bi,BiF_3|W(+)$$ 알루미늄의 농도가 $0.984wt\%$이하인 Zn-Al bath의 온도를 $460\pm10^{\circ}C$로 유지하고 상기의 알루미늄 농도 센서를 이용하여 기전력을 측정하였다. 측정된 기전력 값으로부터 최소 자승 회귀분석법을 이용하여, 다음과 같은 알루미늄 농도와 기전력과의 관계식을 얻었다. $$E/mV=56.795log[\%Al]+1881.7\;R=0.9704$$,$$0.026wt\%{\leq}[\%Al]{\leq}0.984wt\%$$

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권5호
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• pp.718-724
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• 2018

본 연구에서는 농도구배형 공침합성법을 통해 $Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}(OH)_2$ 전구체를 제조하였다. 높은 니켈함량의 양극 활물질에서 나타나는 산소 탈리에 따른 구조변화문제를 극복하기 위하여 소성온도 변화에 따른 양극 활물질의 물리적, 전기화학적 분석방법을 사용하여 조사하였다. $Li_{1.05}Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}O_2$의 물리적 특성은 FE-SEM, XRD, TGA를 이용하여 분석하였다. 양극 활물질과 $LiPF_6$(EC:EMC=1:2 vol%) 전해질을 사용하여 제조한 코인셀의 전기화학적 성능은 초기 충 방전 효율, 사이클 유지율 및 율속 테스트를 통해 분석하였다. 제조된 양극재의 초기 충전 용량 및 초기효율은 소성온도 $750{\sim}760^{\circ}C$에서 244.5~247.9 mAh/g, 84.2~85.8%로 우수하였다. 또한 용량 보존율은 50사이클 후에 97.8~99.1%의 높은 안정성을 나타내었다.

• 청정기술
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• 제14권3호
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• pp.171-175
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• 2008

본 연구에서는 첨가물이 전기화학적 성능에 미치는 효과를 알아보기 위해 실험변수로서 첨가물 $Al^{3+}$를 사용하였다. Zero-strain 삽입 혼합물로 알려진 $Li_{4}Ti_{5]O_{12}$에 $Al^{3+}$가 첨가된 $Li_{3.95}Al_{0.15}Ti_{4.9}O_{12}$를 high energy ball milling (HEBM)을 사용하여 고상반응으로 제조한 후에, $800,\;900,\;1000^{\circ}C$에서 열처리하여 시료를 제조하였다. 합성물질의 구조적 특성과 입자의 표면분석을 하기 위해 XRD (X-ray diffraction)와 SEM (scanning electron microscopy)을 사용하였으며, 이때의 입자의 분포는 대략 $0.2{\sim}0.6\;{\mu}m$ 정도로 측정되었다. 충/방전 실험은 $1.0{\sim}3.0 V$에서 하였으며, 가역용량, 사이클 안정성, 평탄 전압 등을 알아보았다. $Li_{3.95}Al_{0.15}Ti_{4.9}O_{12}$의 충방전 용량은 138 mAh/g이었다.

• 전기화학회지
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• 제2권4호
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• pp.218-220
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• 1999

EV & HEV의 성능은 다수의 축전지로 구성된 축전지팩의 성능에 좌우된다. 축전지의 열적 특성도 이러한 축전지팩의 성능을 좌우하는 많은 인자중의 하나이다. 특히 축전지의 열적 특성은 차량의 주행성능 및 축전지의 수명주기에 큰 영향을 주기 때문에, 축전지에서 발생되어 나오는 열량은 차량의 주행 모드를 모사한 다양한 조건하에서 가능한 정확히 측정되어야 한다. 또한 EV & HEV용 축전지팩의 열관리 시스템을 설계하기 위해서는 축전지팩내의 축전지에 대한 정확한 열특성 데이터를 필요로 하고 있다. 그러나 기존의 열량계로서는 EV용 축전지를 수용하여 열측정 시험을 하기엔 공동(Cavity)크기가 너무 작다. 이에 EV용 축전지의 열적 특성을 시험하기 위한 열량계를 공동(Cavity)의 크기 $120mm\times75mm\times200mm$로 개발하였다. 열량계의 보정은 0-200 W의 Heat Rate를 발생시킬 수 있는 가상셀(Dummy Cell)을 주문 제작하여 행하였다. 실제 입력 열량에 대한 측정열량의 오차범위는 $2\%$ 이내였고, 측정에 따른 전위 안정성도 2.5 mV 이내였다.

• 전기화학회지
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• 제16권3호
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• pp.169-176
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• 2013

현재 이차전지에서 사용중인 양극활물질은 구조 안정성이 높은 층상구조(Layered Structure)의 리튬 금속 산화물(Solid State Lithium Oxide Compounds)이 주로 사용된다. 최근에는 리튬이차전지의 성능향상을 위해서 음극활물질과 전해질 사이의 계면뿐만 아니라, 양극활물질과 전해질 사이의 계면에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 계면의 연구를 위해서는 음극활물질 뿐만 아니라, 양극활물질의 표면에 관한 연구도 선행적으로 이루어져야 하는 상황이다. 대표적인 리튬금속 산화물질인 니켈산리튬($LiNiO_2$)과 코발트산리튬($LiCoO_2$)은 서로 매우 유사한 구조를 갖는 층상구조의 양극활물질이다. 코발트산리튬이 다양한 실험적, 이론적 연구가 진행된 반면에, 니켈산 리튬은 실험적 연구에 비해서 이론적 연구가 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 니켈산리튬의 X-선 회절계 측정 결과(XRD data)에 나오는9개의 표면 방향을 범밀도함수이론(Density Functional Theory)을 이용하여 니켈산리튬 표면의 표면 에너지를 계산하였다. 니켈산리튬의 X-선 회절계 측정 결과(XRD data)에서는 (003), (104), (101), (110) 결정 등등이 순차적으로 주요하게 존재하는 것으로 확인되었다. 그러나 시뮬레이션을 이용한 각각의 표면 에너지 계산 결과, X-선 회절계 측정 결과와 다른 순서로 안정한 표면 에너지가 나타나는 결과를 얻었다. 따라서 에너지적으로 안정한 표면이자, X-선 회절계에서 주요하게 나타나는 (104)와 (101) 방향의 니켈산리튬 표면이 많이 노출되어 Li 이온의 충방전시 리튬의 삽입 탈리에 영향을 줄 것으로 예상된다.

• 멤브레인
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• 제20권3호
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• pp.259-266
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• 2010

다공성 Poly(propylene) 분리막의 지지 하에 전해질 용액 (EC/DEC 1 : 1 혼합물 내의 $LiPF_6$ 1 M 용액) 내에서 DEGDMA [Di(ethylene glycol) dimethacrylate]의 $70^{\circ}C$ 열중합을 통하여 겔 고분자 전해질(GPE)막이 합성 되었다. 합성된 겔 고분자 전해질막의 이온전도도 및 전기화학적 안정성은 AC 임피던스법 및 CV (cyclic voltametry)법에 의하여 측정 평가하였다. 겔 고분자를 전해질로, 그리고 양극 및 음극으로는 각각 $LiMi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ 및 graphite로 이용하여 리튬이온전지(LIB)도 제작하였다. 열중합을 통하여 리튬 이온전지에 적합한 이온전도도($10^{-3}\;S/cm$ 이상) 및 전기화학적 안정성을 보이면서 자체적인 성상을 유지하는 겔 고분자 전해질막을 얻을 수 있었다. 단량체 함량 5%의 전구체로 제작한 겔 고분자 전지는 단량체 함량이 7.0% 및 10.0%인 경우에 비하여 우수한 고율 및 충-방전 효율을 보였다.

• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.332-339
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• 2021

최근 화석 연료 고갈과 지구 온난화를 가속화하는 온실 가스 배출에 대한 우려로 온실 가스를 배출하지 않는 청정 에너지원인 수소 에너지 기술의 중요성이 강조되고 있다. 그 중 물을 전기분해하여 수소를 얻는 수전해 기술은 그린 수소 기술로 궁극적인 청정 미래 에너지 자원으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 양이온 교환막 수전해(proton exchange membrane water electrolysis, PEMWE)의 셀 구성요소 중 하나인 확산층(porous transport layer, PTL)을 sandpaper를 이용한 표면 처리를 통하여 표면 특성을 제어하였으며, 이러한 표면 특성 개선을 통하여 과전압을 줄이고 성능과 안정성을 높이기 위한 연구를 진행하였다. Sandpaper 400, 180, 100방을 준비하여 PTL 표면을 sanding하여 처리하였으며, 처리 후 1000방의 고른 sandpaper로 표면을 매끄럽게 처리하였다. 준비된 확산층은 물접촉각을 측정하여 친수성 정도를 분석하였으며, SEM 분석을 통하여 표면 형태를 관찰하였다. 전기화학적 특성 분석을 위하여 I-V 성능곡선, 임피던스 측정을 진행하여 성능 개선 여부를 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제25권4호
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• pp.184-190
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• 2022

스피넬 구조의 LiMn₂O₄ (LMO) 및 층상구조의 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ (NCM)는 리튬이온 이차전지의 양극 활물질로 널리 사용되어 왔다. 가격이 저렴하고 안전성이 우수한 LMO와 용량이 크고 고온 수명이 유리한 NCM 양극 물질은 상호 보완적인 특성을 가지고 있어, 두 활물질을 혼합하여 특히 hybrid electric vehicle (HEV)를 포함한 중대형 전지 등에서 양극으로 채택되어 사용되고 있다. 본 연구에서는 LMO와 NCM으로 구성된 복합전극을 제조할 때, 이를 단순히 혼합하여 제조한 blend 전극과 두 전극을 겹층구조로 제조한 전극의 수명특성을 비교하였다. 두 활물질의 비율을 모두 1:1로 구성하여 제조한 겹층전극은 blend 전극과 유사한 용량 및 동등한 사이클 수명을 지니고 있었다. 그리고, 완전지의 고온 사이클에서는 LMO를 먼저 코팅하고 나서 NCM을 코팅한 LN 전극이 가장 우수하였으며, NCM을 먼저 코팅하고 LMO를 다음에 코팅한 NL 전극은 표면에 LMO가 주로 위치하면서 blend 전극보다 오히려 용량퇴화가 더 빠르게 진행되었다. 또한, LSTA (linear sweep thermmametry) 분석결과에서도 LMO가 주로 전극내부에 위치한 LN 겹층전극의 열적 안정성이 보다 우수하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제29권5호
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• pp.411-417
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• 2022

Environmental issues such as global warming due to fossil fuel use are now major worldwide concerns, and interest in renewable and clean energy is growing. Of the various types of renewable energy, green hydrogen energy has recently attracted attention because of its eco-friendly and high-energy density. Electrochemical water splitting is considered a pollution-free means of producing clean hydrogen and oxygen and in large quantities. The development of non-noble electrocatalysts with low cost and high performance in water splitting has also attracted considerable attention. In this study, we successfully synthesized a NiCo₂O₄/NF electrode for an oxygen evolution reaction in alkaline water splitting using a hydrothermal method, which was followed by post-heat treatment. The effects of heat treatment on the electrochemical performance of the electrodes were evaluated under different heat-treatment conditions. The optimized NCO/NF-300 electrode showed an overpotential of 416 mV at a high current density of 50 mA/cm² and a low Tafel slope (49.06 mV dec^-1). It also showed excellent stability (due to the large surface area) and the lowest charge transfer resistance (12.59 Ω). The results suggested that our noble-metal free electrodes have great potential for use in developing alkaline electrolysis systems.