• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.336-344
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• 2024

In this study, a Ni_0.9Co_0.05Mn_0.05(OH)₂ precursor used as an anode active material using a black powder leaching solution of a recycled lithium ion battery was prepared through coprecipitation synthesis with co-precipitation time, NH₄OH concentration, pH, and stirring time as variables. The characteristics of the prepared powder were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), particle size analysis (PSA), and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). It was confirmed that the single crystal thickness of the LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂ (NCM) precursor changes depending on the NH₄OH concentration and reaction pH value, and thicker single crystals are formed at 2 M NH₄OH compared to 1 M and at pH 10.8-11.8 compared to pH 11.8-12.0. NCM precursor particles increased with coprecipitation time, and it was confirmed that the 72 hours NCM precursor had the largest particle size. Through ICP-OES analysis, it was confirmed that the NCM precursor was synthesized with the target composition of Ni²⁺:Co²⁺:Mn²⁺=90:5:5.

• 전기화학회지
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• 제18권3호
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• pp.130-135
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• 2015

흑연 분말을 프탈로시아닌 또는 구리 프탈로시아닌과 함께 비활성 분위기에서 각각 열처리하여 표면처리를 진행하였고, 이의 속도특성과 저온 작동특성을 조사하였다. 표면처리 후 흑연 분말의 표면에 비정질 탄소와 구리의 코팅 층이 균일하게 형성되었다. 표면처리를 통하여 흑연 전극의 속도특성이 개선되는 것을 확인하였는데, 특히 구리 프탈로시아닌으로 처리한 경우 속도특성의 향상이 두드러졌다. 흑연 전극의 저항을 교류 임피던스와 펄스 저항측정법을 활용하여 조사하였는데, 구리 프탈로시아닌으로 처리된 흑연 전극의 경우가 저항이 가장 작았다. 프탈로시아닌으로 부터 유도된 비정질 탄소 층이 리튬이온의 확산을 용이하게 하고, 구리 프탈로시아닌으로부터 유도된 금속상태의 구리는 전자 전도도를 증가시키기 때문에 저항을 감소시키는 것으로 판단된다.

• 공업화학
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• 제33권3호
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• pp.289-295
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• 2022

본 연구에서는 동종의 thiophene계 고분자를 전극과 전해질 재료로 적용하여 고체 전해질과 전극이 맞닿은 계면 저항을 감소시킨 고분자 전지를 제작하였다. 먼저 poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) (PEDOT) 기반 전극과의 계면 저항을 최소화하기 위해 3,4-ethylenedioxy thiophene (EDOT) 올리고머[oligo(EDOT)]를 고체 전해질에 도입하고, oligo(EDOT)의 부족한 리튬 염 해리능력을 향상시키기 위해서 poly(vinylidene fluoride) (PVdF)와 블렌딩한 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질을 제작하였다. 그 결과, oligo(EDOT)에 PVdF를 도입함으로써 고체 고분자 전해질의 이온 전도도는 증가하였다. 또 PEDOT 기반 전극과 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질로 이루어진 전 고체 고분자 전지의 전기화학적 특성을 평가한 결과, 동종의 thiophene계 고분자 물질을 전극과 전해질에 도입함으로써 계면 저항이 크게 감소함을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제4권3호
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• pp.87-93
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• 2001

외부 Ag/AgCl 기준 전극은 가압형 및 비등형 경수로 환경에 널리 사용되었다. 전극의 채움 용액 (Siting solution)으로 통상 KCl을 사용하는데, 다공성 지르코니아로 만들어지는 플러그를 통한 Cl 이온의 누설이 전극의 전위차 변동을 유발하는 문제가 있다. 누설로 인한 전위차 변동의 문제를 해결하기 위해 채움 용액으로 순수를 사용하였다 순수를 사용하는 경우 상온에서의 AgCl용해도에 의해 Cl이온의 농도가 결정된다. 붕산과 수산화리튬 혼합용액으로 $288^{\circ}C$에서 전극의 안정성 실험을 실시하였다. 약 일주일간 전위차 변화는 10mV 이내였으며, $288^{\circ}C$와 $240^{\circ}C$에서의 온도 사이클링 시험 전후의 전위차 변화는 15mV 이내였다. 이온의 limiting equivalent conductances와 Agar의 수역학적 이론을 토대로 하여 전극의 TLJP을 계산하였다. 전극 채움 용액 내의 Cl이온 농도를 상온에서 측정한 값으로 보정하여 이론값을 계산할 경우, 실험값과 비교적 잘 일치하는 것을 알 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제18권4호
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• pp.161-171
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• 2015

수열합성법을 이용하여 $Zn_2GeO_4$ 및 $Zn_2SnO_4$ 나노선을 대량 합성하였고 리튬이온 전지와 소듐이온전지의 전기화학적 특성을 조사하였다. 리튬이온전지에서 $Zn_2GeO_4$ 나노선은 50 사이클 이후에 1021 mAh/g, $Zn_2SnO_4$ 나노선은 692 mAh/g의 높은 방전용량을 갖는 것을 확인하였고 두 나노선 모두 98%가 넘는 쿨롱 효율을 보였다. 따라서 이들 나노선은 고성능 리튬이온전지의 개발을 위한 음극소재로 기대된다. 또한 소듐이온전지에 대한 관심이 국내는 물론 전 세계적으로 집중이 되고 있어 처음으로 $Zn_2GeO_4$과 $Zn_2SnO_4$ 나노선에 대한 소듐이온전지를 제작하여 용량을 측정하였다. 측정한 결과 이들 나노선은 50 사이클 이후에 각각 168 mAh/g 과 200 mAh/g의 방전용량을 갖는 것을 확인하였고 두 나노선 모두 97%가 넘는 높은 쿨롱 효율을 보였으며 이에 우리의 첫 시도가 앞으로 많은 연구에 기여할 것으로 예상한다.

• 전기화학회지
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• 제22권1호
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• pp.43-52
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• 2019

리튬이차전지(Lithium Secondary Batteries)를 에너지원으로 채용하는 분야가 다양해짐에 따라, 기존 요구 특성뿐만 아니라 각 분야에 특화된 성능 평가 결과까지 요구하고 있다. 이에 대응하기 위해 각 전지 제조사는 연구 인력을 충원하고 고가의 장비를 지속적으로 도입해서 다수의 전지를 오랜 기간 평가해야 하는 어려움을 겪고 있다. 이를 해소하기 위해, 전지 모델링(Modeling)을 기반으로 한 모사(Simulation) 기법을 도입하여, 실험 횟수를 최소화하고 실험 시간도 단축하려는 시도를 지속하고 있다. 현재까지 다양한 리튬이차전지 모델링 기법이 보고되고 있으며, 목적에 따라 최적 기법이 선택 및 활용되어 왔다. 본 리뷰 논문에서는 뉴만(Newman) 모델을 기반으로 한 전기화학적 모델링(Electrochemical Modeling) 기법을 상세히 설명한다. 특히, 전극 반응속도를 나타내는 버틀러-볼머식(Butler-Volmer Equation), 각 상(Phase)에서 전자와 이온의 균형 방정식 (Material and Charge Balance Equations), 그리고 전지의 온도 변화를 설명할 수 있는 에너지 균형 방정식 (Energy Balance Equation)의 물리적 의미를 쉽게 설명하고, COMSOL Multiphysics를 이용한 간단한 해석 과정과 결과를 제시한다.

• 전기화학회지
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• 제11권1호
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• pp.47-50
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• 2008

현재 상용화 되어있는 흑연의 저용량 문제를 해결하기 위해 실리콘이나 주석계 등 고용량 비탄소계 음극전극재료들이 연구되고 있다. 이 중 산화실리콘(SiO)은 초기 충전(환원)과정에서 Li이 삽입되면서 $Li_2O$생성으로 비가역 비용량이 발생하여 초기 싸이클에서 쿨롱효율이 낮고, 싸이클링에 따라 리튬 탈 삽입 과정의 비용량이 증가하는 특징으로 실제의 전지를 설계할 시 문제점을 가진다. 본 연구에서는 고용랑 특성을 나타내는 비탄소계 실리콘을 포함하는 리튬이차전지용 음극활물질과 흑연의 복합체를 제조하여 흑연으로 실리콘의 부피팽창을 완화시키고, 사이클 특성을 향상시키는 실리콘(SiO-Graphite) 재료를 개발하고, 산화실리콘과 흑연 복합체의 높은 비가역 용량의 해소와 싸이클에 따른 리튬 탈삽입 과정의 용량증가를 해소하기 위한 전처리를 통하여 초기 효율을 향상한 전극의 제조에 대하여 연구하였다.

• 전기화학회지
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• 제26권1호
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• pp.11-18
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• 2023

전기자동차 시장의 급속한 성장으로 이차전지의 사용이 급증함에 따라 사용 후 전지의 폐기 및 재활용이 심각한 문제로 제기되고 있다. 사용 후 리튬이온 전지를 처리하기 위해서는 저장된 에너지를 제거하기 위하여 효과적으로 방전하는 과정이 필수적이다. 본 연구에서는 흑연과 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622)을 사용하여 코인셀 형태로 반쪽전지 및 완전지를 제조하였고, 이를 과방전할 때 발생하는 전기화학적 거동에 대하여 분석하였다. 반쪽전지를 사용하여 양극과 음극을 각각 과방전시키면, 양극에서는 먼저 전이금속 산화물이 금속으로 환원되는 전환반응을 겪게 되며, 음극에서는 SEI 피막의 분해에 이어 집전체인 Cu가 용출되는 부반응이 발생하였다. 또한, 이러한 과방전의 발생 시에는 큰 분극을 필요로 하였다. 완전지의 과방전 시에는 각각의 부반응이 진행되는 시점에 존재하는 큰 분극들로 인하여 부반응의 본격적인 발생 전에 0 V에 도달하여 방전이 종료되었다. 그러나, 사이클을 통하여 용량이 퇴화된 완전지의 경우에는 과방전거동이 변화하여 음극에서 Cu 집전체의 부식이 발생됨을 확인하였다. 따라서, 사용 후 전지는 사용 전의 전지와는 과방전 시에 다른 거동을 지니고 있으므로 이러한 점들이 고려되어야 한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권3호
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• pp.376-380
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• 2016

A composite electrode made of iron oxide nanoparticles/multi-wall carbon nanotube (iNPs/M) delivers high specific capacity and cycle durability. At a rate of $200mAg^{-1}$, the electrode shows a high discharge capacity of ${\sim}664mAhg^{-1}$ after 100 cycles, which is ~ 70% of the theoretical capacity of $Fe_3O_4$. Carbon black, carbon nanotube, and graphene as anode materials have been explored to improve the electrical conductivity and cycle stability in Li ion batteries. Herein, iron oxide nanoparticles on acid treated MWCNTs as a conductive platform are combined to enhance the drawbacks of $Fe_3O_4$ such as low electrical conductivity and volume expansion during the alloying/dealloying process. Enhanced performance was achieved due to a synergistic effect between electrically 3D networks of conductive MWCNTs and the high Li ion storage ability of $Fe_3O_4$ nanoparticles (iNPs).

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제3권2호
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• pp.72-79
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• 2012

$Li_2MnSiO_4$ was synthesized using the solid-state method under an Ar atmosphere at three different calcination temperatures (900, 950, and $1000^{\circ}C$). The optimization of the carbon coating was also carried out using various molar concentrations of adipic acid as the carbon source. The XRD pattern confirmed that the resulting $Li_2MnSiO_4$ particles exhibited an orthorhombic structure with a $Pmn2_1$ space group. Cyclic voltammetry was utilized to investigate the capacitive behavior of $Li_2MnSiO_4$ along with activated carbon (AC) in a hybrid supercapacitor with a two-electrode cell configuration. The $Li_2MnSiO_4$/AC cell exhibited a high discharge capacitance and energy density of $43.2Fg^{-1}$ and $54Whkg^{-1}$, respectively, at $1.0mAcm^{-2}$. The $Li_2MnSiO_4$/AC hybrid supercapacitor exhibited an excellent cycling stability over 1000 measured cycles with coulombic efficiency over > 99 %. Electrochemical impedance spectroscopy was conducted to corroborate the results that were obtained and described.