• 한국세라믹학회지
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• 제55권4호
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• pp.358-363
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• 2018

To improve the polarization property of cathodes, which is the main factor limiting the performance of protonic ceramic fuel cells (PCFCs), $K_2NiF_4-type$ $Pr_2NiO_{4+{\delta}}$, which is expected to exhibit a triple conducting property (proton, oxygen ion, and hole conductions) was applied to PCFCs and its properties were investigated. Low-temperature microwave heat-treatment was used to achieve both sufficient interface adhesion between the electrolyte and the cathode layers and suppression of the secondary phase formation due to migration of elements such as barium and cerium. Through this fabrication method, a high performance of $0.82W{\cdot}cm^{-2}$ and low ohmic resistance of $0.06{\Omega}{\cdot}cm^2$ were obtained in an $Ni-BaCe_{0.55}Zr_{0.3}Y_{0.15}O_{3-{\delta}}$ | $BaCe_{0.55}Zr_{0.3}Y_{0.15}O_{3-{\delta}}$ | $Pr_2NiO_{4+{\delta}}$ single cell at $650^{\circ}C$. This result verifies that the $K_2NiF_{4+{\delta}}-type$ cathode shows good chemical compatibility which, in turn, will make it a potent candidate as a PCFC cathode.

• 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.

• 자원환경지질
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• 제56권5호
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• pp.603-618
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• 2023

사용후핵연료(Spent nuclear fuel; SNF) 심지층 처분장의 완충재 소재로서 WRK (waste repository Korea) 벤토나이트가 적합한 지를 평가하기 위하여, 대표적인 방사성 핵종인 U (uranium)에 대한 WRK 벤토나이트의 흡/탈착 특성과 흡착 기작을 규명하는 다양한 분석, 흡/탈착 실내 실험, 동역학 흡착 모델링을 다양한 pH 조건에서 수행하였다. 다양한 특성 분석 결과, 주성분은 Ca-몬모릴로나이트이며, U 흡착 능력이 뛰어난 광물학적·구조적 특징들을 가지고 있었다. WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율 및 탈착율을 규명하기 위한 흡/탈착 실험 결과, pH 5, 6, 10, 11 조건에서 WRK 벤토나이트와 U 오염수(1 mg/L)가 낮은 비율(2 g/L)로 혼합되었음에도 불구하고 높은 U 흡착 효율(>74%)과 낮은 U 탈착율(<14%)을 보였으며, 이는 WRK 벤토나이트가 SNF 처분장에서 U 거동을 제한하는 완충재 소재로서 적절하게 사용될 수 있음을 의미한다. pH 3과 7 조건에서는 상대적으로 낮은 U 흡착 효율(<45%)이 나타났으며, 이는 U가 용액의 pH 조건에 따라 다양한 형태로 존재하며, 존재 형태에 따라 상이한 U 흡착 기작을 가지기 때문으로 판단된다. 본 연구 실험 결과와 선행연구를 바탕으로 WRK 벤토나이트의 주요 화학적 U 흡착 기작을 pH 범위에 따라 용액 내 U의 존재 형태에 근거하여 설명하였다. pH 3 이하에서 주로 UO₂²⁺ 형태로 존재하는 U는 벤토나이트 표면의 Si-O 또는 Al-O(OH)와의 정전기적 인력(예: 이온 결합)에 의해 흡착되기 때문에 pH가 감소할수록 음전하 표면이 약해지는 WRK 벤토나이트 특성에 의해 비교적 낮은 U 흡착 효율이 나타났다. pH 7 이상의 알칼리성 조건에서 U는 음이온 U-수산화 복합체(UO₂(OH)₃^-, UO₂(OH)₄^2-, (UO₂)₃(OH)₇^- 등)로 존재하며 비교적 높은 흡착 효율이 나타내는데, 이들은 벤토나이트에 포함된 Si-O 또는 Al-O(OH)의 산소원자를 공유하거나 리간드 교환에 의해 새로운 U-복합체가 형성되어 흡착되거나 수산화물 형태의 공침(co-precipitation)에 의해 벤토나이트에 고정되기 때문이다. pH 7의 중성 조건에서는 pH 5와 6보다 오히려 낮은 U 흡착 효율(42%)이 나타났는데, 이러한 결과는 용액 내 존재하는 탄산염(carbonate)에 의해 U가 U-수산화 복합체보다 용해도가 높은 U-탄산염 복합체로 존재하는 경우 가능하다. 연구 결과 pH를 약산성 또는 염기성 조건으로 유지하거나 용액 내 존재하는 탄산염을 제한함으로써 WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.