• 한국표면공학회지
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• 제57권2호
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• pp.57-70
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• 2024

Nickel-cobalt-manganese (NCM) lithium-ion batteries(LIBs) are increasingly prominent in the energy storage system due to their high energy density and cost-effectiveness. However, they face significant challenges, such as rapid capacity fading and structural instability during high-voltage operation cycles. Addressing these issues, numerous researchers have studied the enhancement of electrochemical performance through the coating of NCM cathode materials with substances like metal oxides, lithium composites, and polymers. Coating these cathode materials serves several critical functions: it acts as a protection barrier against electrolyte decomposition, mitigates the dissolution of transition metals, enhances the structural integrity of the electrode, and can even improve the ionic conductivity of the cathode. Ultimately, these improvements lead to better cycle stability, increased efficiency, and enhanced overall battery life, which are crucial for the advancement of NCM-based lithium-ion batteries in high-demand applications. So, this paper will review various cathode coating materials and examine the roles each plays in improving battery performance.

• 전자통신동향분석
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• 제39권1호
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• pp.83-94
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• 2024

There have been continuous requirements for developing more reliable energy storage systems that could address unsolved problems in conventional lithium-ion batteries (LIBs) and thus be a proper option for large-scale applications like energy storage system (ESS). As a promising solution, aqueous metal-ion batteries (AMIBs) where water is used as a primary electrolyte solvent, have been emerging owing to excellent safety, cost-effectiveness, and eco-friendly feature. Particularly, AMIBs adopting mutivalence metal ions (Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, and Al³⁺) as mobile charge carriers has been paid much attention because of their abundance on globe and high volumetric capacity. In this research trend review, one of the most popular AMIBs, zinc-ion batteries (ZIBs), will be discussed. Since it is well-known that ZIBs suffer from various (electro) chemical/physical side reactions, we introduce the challenges and recent advances in the study of ZIBs mainly focusing on widening the electrochemical window of aqueous electrolytes as well as improving electrochemical properties of cathode, and anode materials.

• 전기화학회지
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• 제21권3호
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• pp.55-60
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• 2018

최근 휴대용 기기의 급속한 발전이 이뤄지고, 다양한 전자제품에서 높은 성능의 이차 전지가 요구됨에 따라 고에너지밀도 특성을 가능케 하는 전극 재료의 연구가 주목받고 있다. 음극의 경우, 기존에 사용하고 있는 흑연재료를 대체하기 위하여 실리콘, 주석 등의 소재와 전이금속 산화물을 새로운 음극재료로 사용하려고 한다. 리튬 바나듐 옥사이드는 리튬 전이금속 산화물 기반의 음극 소재로서 흑연 대비 1.5배의 부피당 용량을 나타낼 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 낮은 전기전도도와 입자 파쇄현상으로 인하여 전해질의 분해가 가속화되어 성능이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선시키기 위하여 전해질 첨가제를 도입하여 전극/전해질 계면의 개질에 따른 리튬 바나듐 옥사이드의 전기화학적 거동 특성을 보고자 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.163-169
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• 2017

$LiNi_{1-x-y}Co_xAl_yO_2$(x=0.15, y=0.045 혹은 0.05, NCA) 양극소재의 전기화학적 특성 및 양극소재의 입자 크기 분포에 대한 리튬이온이차전지의 수명특성에 대한 영향을 살피기 위해 두 종의 상업용 NCA (NCA#1, NCA#2) 양극소재를 리튬이온이차전지의양극으로사용하였다. NCA#1은약 $5m{\mu}$의 균일한구형의입자로구성되어있고 NCA#2는약 $5m{\mu}$와 $11m{\mu}$ 정도의 입자들이 혼합되어 있는 분말이다. 충방전 측정 결과 NCA#2는 초기 방전용량은 197.0 mAh/g으로 NCA#1에 비해 높게 나타났다. NCA#1과 NCA#2의 용량 유지율(30 사이클 기준)은 각각 92%와 94%로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권9호
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• pp.789-795
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• 2016

이차 추진제로 많이 쓰이는 알루미늄을 고출력 레이저를 조사하여 공기 중의 산소와 반응시켜 발생되는 알루미늄과 산소의 화학 반응을 레이저 분광분석법을 이용하여 연구를 수행 하였다. 7ns의 펄스 주기와 1064nm의 주파수를 가진 Q-switched Nd:YAG 레이저로 40 - 2500mJ($6.88{\times}10^{10}-6.53{\times}10^{11}W/cm^2$)의 에너지가 공급되었으며, 플라즈마 빛은 echelle 회절 분광기와 ICCD 카메라로 감지하였다. 분광분석을 통하여 알루미늄과 산소의 원자/분자 신호 분석과 현상이 일어나는 플라즈마 환경의 특성 연구를 위해 들뜸 온도(2200K~6600K) 및 전자밀도($3.15{\times}10^{15}{\sim}2.38{\times}10^{16}cm^{-3}$) 계산, 그리고 알루미늄 표면의 크레이터(Crater) 분석을 수행하였다. 본 연구는 고 레이저 복사 조도 환경하에서 발생되는 화학 반응과 플라즈마의 특성을 파악하는 방법을 제시하고 있다.

• 멤브레인
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• 제31권5호
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• pp.315-326
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• 2021

리튬 이온 배터리(LIB) 수요는 화석 연료에 대한 부담을 줄이기 위해 전 세계적으로 매년 증가하고 있다. LIB는 전기 자동차, 고정식 저장 시스템 및 기타 다양한 응용 분야에 사용된다. 리튬은 해수, 염수, 염호에서 구할 수 있으며 환경 친화적이고 저렴한 방법으로 추출하면 리튬 채굴의 부담을 크게 줄일 수 있다. 주로 나노여과(NF)와 같은 막 분리 공정은 용액에서 리튬 금속을 분리하는 효과적인 방법이다. 전기투석 및 전기 분해는 리튬 분리에 사용되는 다른 분리 공정이다. 역삼투압(RO) 공정은 이미 해수 담수화를 위한 잘 정립된 방법이다. 따라서, 리튬 금속을 목적으로 사용되는 개질된 RO 분리막은 용액속에 존재하는 다른 금속 원소의 간섭에 의한 문제를 해결할 수 있는 좋은 대안 방법이다. 적합한 NF 막을 찾거나 개발하여 리튬을 선택적으로 제거하는 것은 도전적일 수 있지만 흥미로운 연구 영역이다. 이 총설에서는 나노여과, 전기투석, 전기분해 및 기타 공정을 이용한 리튬 회수에 대해 자세히 설명한다.

• 전기화학회지
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• 제22권1호
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• pp.22-35
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• 2019

이차 전지의 개발이 전기자동차나 스마트그리드와 같은 중대형의 에너지저장장치로 응용범위가 확대됨에 따라 이차 전지의 경제성확보가 화두가 되고 있다. 나트륨이차전지는 리튬보다 훨씬 저렴한 나트륨원료를 사용하여 저가의 차세대 이차 전지로 크게 주목받고 있다. 이에 따라 이온 반경이 큰 나트륨이온의 삽입과 탈리를 원활하게 해줄 수 있는 음극 소재의 개발이 최근 몇 년간 활발히 수행되어 왔다. 나트륨이차전지용 음극은 세 가지의 반응 메커니즘 (층간 삽입반응, 금속-합금반응, 전환반응)을 기반한 소재들이 보고되었으며, 본 총설에서는 전환반응으로 구동하는 다양한 음극 소재들을 소개하며 나트륨 전지 셀 내 반응 메커니즘을 소개하고자 한다.

• 한국기계가공학회지
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• 제20권2호
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• pp.51-57
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• 2021

The quality of the ceramic sintered coating on a metal surface through laser surface treatment is affected by the laser irradiation pattern. Depending on the laser irradiation pattern, the amount of residual stress and heat applied or accumulated on the surface increases or decreases, affecting the thickness attained in the ceramic sintering area. When the heat energy accumulated in the sintering area is high, the ceramic and the metal alloy melt and sufficiently mix to form a homogeneous and thick bonding interface. In this study, the thermal energy accumulation in the region sintered with zirconia was controlled using four types of laser processing patterns. The thickness of the diffusion region is analyzed by laser-induced breakdown spectroscopy of Mg-ZrO2 generated by laser sintering zirconia powder on the magnesium alloy surface. On the basis of the analysis of the Mg and Zr present in the sintered region through LIBS, the effect of the irradiation pattern on the sintering quality is confirmed by comparing and analyzing the heat and mass transfer tendency of the diffusion layer and the degree of diffusion according to the irradiation pattern. The derived diffusion coefficients differed by up to 9.8 times for each laser scanning pattern.

• 한국재료학회지
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• 제31권2호
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• pp.68-74
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• 2021

Zinc-ion Batteris (ZIBs) are recently being considered as energy storage devices due to their high specific capacity and high safety, and the abundance of zinc sources. Especially, ZIBs can overcome the drawbacks of conventional lithium ion batteris (LIBs), such as cost and safety issues. However, in spite of their advantages, the cathode materials under development are required to improve performance of ZIBs, because the capacity and cycling stability of ZIBs are mainly influenced by the cathode materials. To design optimized cathode materials for high performance ZIBs, a novel manganese oxide (MnO2) coated graphite sheet is suggested herein with improved zinc-ion diffusion capability thanks to the uniformly decorated MnO2 on the graphite sheet surface. Especially, to optimize MnO2 on the graphite sheet surface, amounts of percursors are regulated. The optimized MnO2 coated graphite sheet shows a superior zinc-ion diffusion ability and good electrochemical performance, including high specific capacity of 330.8 mAh g-1 at current density of 0.1 A g-1, high-rate performance with 109.4 mAh g-1 at a current density of 2.0 A g-1, and remarkable cycling stability (82.2 % after 200 cycles at a current density of 1.0 A g-1). The excellent electrochemical performance is due to the uniformly decorated MnO2 on the graphite sheet surface, which leads to excellent zinc-ion diffusion ability. Thus, our study can provide a promising strategy for high performance next-generation ZIBs in the near future.

• 한국가스학회지
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• 제24권6호
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• pp.91-97
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• 2020

리튬이온 배터리(LIB)는 다른 배터리에 비해 수명이 길고, 에너지 밀도가 높으며, 자체 방전율이 낮아, 에너지 저장장치(ESS)로 선호되고 있다. 하지만, 2017~2019년 기간 동안 국내에서만도 28건의 화재사고가 발생하였으며, LIB의 운영 중 안전성 및 신뢰성을 보장하기 위해 LIB의 정확한 용량추정은 필수요소이다. 본 연구에서는 LIB의 충방전 cycle에 따른 용량변화를 예측하는 기계학습 기반 모델의 설계에 있어 중요한 요소인 최적 머신러닝 모델의 선정을 위해, Decision Tree, 앙상블학습법, Support Vector Regression, Gaussian Process Regression (GPR) 각각을 이용한 예측모델을 구현하고 성능비교를 실시하였다. 학습을 위해 NASA에서 제공하는 시험데이터를 사용하였으며, GPR이 가장 좋은 예측성능을 보였다. 이를 바탕으로 추가 시험데이터 학습을 통해 개선된 LIB 용량예측과 잔여 수명추정 모델을 개발하여, 운영 중 이상 감지 및 모니터링 성능을 높여, 보다 안전하고 안정된 ESS 운용에 활용하고자 한다.