• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.202.1-202.1
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• 2014

최근 대용량 에너지 저장장치로 사용하고자 하는 리튬-공기전지는 리튬 음극과 액체 전해질 사이의 화학적 불안정성이 문제가 되고 있다. 또한 리튬이온전지는 액체전해질의 사용으로 인해 폭발 등의 안정성 문제가 대두되고 있는 실정이다. 때문에 리튬-공기전지에서 리튬 음극을 액체 전해질로부터 보호할 수 있으며, 리튬이온전지의 액체전해질과 대체하였을 때 전극과도 안정한 고체전해질의 연구가 필요하다. 고체전해질은 구조적으로 crystalline, glassy, 폴리머로 나눌 수 있는데, 이 중 crystalline 구조의 고체전해질은 glassy 및 폴리머 고체전해질에 비해 상온에서 비교적 이온전도도가 높다고 알려져 있다 [1]. 그러나 이온전도도가 높은 황화물 및 질화물 고체전해질은 수분에 민감한 반면 [2,3], 산화물 계열의 물질은 안정할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 이온전도도가 높은 산화물인 lithium lanthanum titanate ($Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$, LLTO)를 고체전해질로 선정하여 다양한 환경에서 화학적 안정성에 관해 연구하였다. LLTO와 각종 용액과의 화학적 안정성을 살펴보기 위해 고체전해질을 DI water, 1 M $LiPF_6$ Ethylene Carbonate (EC)-Dimethyl Carbonate (DMC) (50:50 vol.%), 0.57 M LiOH (pH=13), 0.1 M HCl (pH=1)에 immersion하고 무게, 표면형상, 상(phase), 이온전도도 등의 변화를 관찰하였다. 또한 LLTO와 전극간의 반응성을 알아보기 위해 LLTO 분말과 음극물질인 $Li_4Ti_5O_{12}$ 및 양극물질인 $LiCoO_2$ 분말을 혼합한 후 $300^{\circ}C{\sim}700^{\circ}C$의 온도범위에서 열처리하여 반응을 가속화 한 후 상변화 현상을 살펴보았다.

• 한국재료학회지
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• 제21권8호
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• pp.468-475
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• 2011

[ $LaMeO_3$ ](Me = Cr, Co) powders were prepared using the polymeric precursor method. The effects of the chelating agent and the polymeric additive on the synthesis of the $LaMeO_3$ perovskite were studied. The samples were synthesized using ethylene glycol (EG) as the solvent, acetyl acetone (AcAc) as the chelating agent, and polyvinylpyrrolidone (PVP) as the polymer additive. The thermal decomposition behavior of the precursor powder was characterized using a thermal analysis (TG-DTA). The crystallization and particle sizes of the $LaMeO_3$ powders were investigated via powder X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and particle size analyzer, respectively. The as-prepared precursor primarily has $LaMeO_3$ at the optimum condition, i.e. for a molar ratio of both metal-source (a : a) : EG (80a : 80a) : AcAc (8a) inclusive of 1 wt% PVP. When the as-prepared precursor was calcined at $700^{\circ}C$, only a single phase was observed to correspond with the orthorhombic structure of $LaCrO_3$ and the rhombohedral structure of $LaCoO_3$. A solid-electrolyte impedance-metric sensor device composed of $Li_{1.5}Al_{0.5}Ti_{1.5}(PO_4)_3$ as a transducer and $LaMeO_3$ as a receptor has been systematically investigated for the detection of NOx in the range of 20 to 250 ppm at $400^{\circ}C$. The sensor responses were able to divide the component between resistance and capacitance. The impedance-metric sensor for the NO showed higher sensitivity compared with $NO_2$. The responses of the impedance-metric sensor device showed dependence on each value of the NOx concentration.

• 전기화학회지
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• 제13권3호
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• pp.181-185
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• 2010

전도성 고분자로 널리 알려진 폴리아닐린과 액체전해질의 핵심 재료인 이온성 액체와의 복합체를 형성시키고 이들의 물리적, 전기화학적인 특성을 조사되었다. 이미다졸늄 이온성 액체 (1-methyl-3-propylimidazolium iodide, PMI-I)에 비전도성 폴리아닐린 (Emeraldine Base)을 30 wt%이상 첨가하였을 때 준고형화 현상이 나타났고, 이온성 액체의 이미다졸늄 양이온의 방향족 고리와 폴리아닐린의 벤족기와의 ${\pi}-{\pi}$ 자기상호조립에 의한 약한 도핑작용을 통해 섬유상 구조를 나타내었으며, 전도도의 변화율은 80%이상 유지하였다.

• 전기화학회지
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• 제16권4호
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• pp.198-203
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• 2013

본 실험에서는 MMA와 tBMA의 공중합체를 합성하고, tert-butyl 그룹의 가수분해를 선택적으로 유도하여 poly(MMA-co-MA)를 제조하였다. 또한 말단에 에폭시기를 함유한 다양한 분자량의 PEO와 MA와의 grafting-onto 커플링 반응을 통해 같은 주사슬을 가지지만 부사슬의 길이가 다른 poly(MMA-co-PEGMA)를 합성하여 조성이 이온전도도에 미치는 영향을 평가하였다. AC-impedance로 측정한 상온 이온전도도는 MMA의 몰분율이 82%에서 $5.11{\times}10^{-8}Scm^{-1}$의 값이 얻어진 반면, 48%에서는 $1.88{\times}10^{-6}Scm^{-1}$로서 많은 PEGMA에서 높게 관찰되었다. 또한 에폭시기를 함유한 PEO의 분자량에 따라 이온전도도의 차이가 발생하는데, grafting-onto 법의 입체적 장애가 원인으로 고려되었다. 한편, 합성된 poly(MMA-co-PEGMA) 고분자 전해질은 상온에서 6V까지 우수한 전기화학적 안정성을 보여주었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.979-986
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• 2003

Sintering behavior and electrical properties of CeO$_2$ system were investigated as a function of the amount of Gd:$_2$O$_3$, and Sm$_2$O$_3$, addition. Doped CeO$_2$ consisted of a homogeneous solid solution of the cubic fluorite structure within the amount of addition from 0 mol% to 15 mol%. Grain growth rate of Gd$_2$O$_3$-doped CeO$_2$ was much smaller than that of pure CeO$_2$, while densification rate was considerably larger. Thus doped CeO$_2$ showed a higher density than pure CeO$_2$. The electrical conductivity of Ce$_1$-$_{x}$Sm$_{x}$O$_1$-$_{x}$/2 was increased up to x = 0.2. However, with further increasing dopant concentrations, the magnitude of the conductivity was found to decrease remarkably. The ionic conductivity value obtained at $700^{\circ}C$ for 10 mol% Sm$_2$O$_3$-doped CeO$_2$ electrolyte was 4.6${\times}$10$^{-2}$ S$.$$cm^{-1}$ /.EX> /.

• 한국세라믹학회지
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• 제34권6호
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• pp.652-658
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• 1997

The phase stability in the interface of Sr-doped LaMnO3(LSM)/Gd-doped CeO2(CGO) was examined in this study in order to check the feasibility of using LSM as the cathode material in a low-temperature SOFC(solid oxide fuel cell) using CGO as the electrolyte. For the purpose, CGO powders of Ce0.82Gd0.18O0.91 and two LSM powders having different compositions, La0.9Sr0.1MnO3(LSM10) and La0.5Sr0.5MnO3(LSM50), were synthesized using Pechini method. Then, specimens having the LSM/CGO interface were prepared, heat-treated at 130$0^{\circ}C$ for up to 3 days, and analyzed by XRD and STEM/EDX. Face-centered cubic CGO powders of less than 10 nm size were obtained by calcination of polymeric precursor formed in the process at 45$0^{\circ}C$. Higher calcination temperature of $700^{\circ}C$ was necessary for monoclinic LSM10 and cubic LSM50 powders. LSM powders were coarser than CGO and observed to be in the range of 50~100 nm. No trace of LSM-CGO interaction product was found in the XRD pattern. Also it was known from the concentration profile in the vicinity of the interface that interdiffusion was occurred over only a small penetration depth of ~100 nm order.

• 한국세라믹학회지
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• 제24권2호
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• pp.123-132
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• 1987

Yttria-stabilized zirconia with erbia-lanthana were investigated with respect to the amount of Ln2O3 (Ln; Er, La) addition in the range of 0.5∼5 mol% to the base composition of 8 mol% yttriazirconia. Following analysis and measurement were adopted for the characterization of synthesizes of solid electrolyte; phase transformation, lattice parameter, crystallite size, relative density, chemical composition and SEM/EDS. Electrical conductivity by two-probe method versus temperature from 350$^{\circ}C$ to 800$^{\circ}C$ and frequency in the range of 5Hz∼13MHz by complex impedance method was also conducted together with the determination of oxygen ion transference number by EMF method for the evaluation of their electrical properties. The results were as followsing; Electrical conductivity were decreased with increase in Ln2O3 content, but their activation energies increased. In the case of La2O3 addition, espicially, its electrical conductivity was decreased owing to the segregation of second phases at the grain-boundary. Grain-boundary conductivity of the specimen contained 0.5 mol% Er2O3 exhibited a maximum conductivity among thecompositions experimented. However, their bulk conductivities decreased in both case. Oxygen ion transference number was also reduced with decrease in oxygen partial pressure. For example, in the case of Er2O3 addition it retained value in the range of 0.97∼0.94 abvove 4.74${\times}$10-2in oxygen partial pressure. With the increase in the quantities of the evaporation of additive components, the crystallite size of stabilized zirconia decreased, and their relative density also reduced owing to the formation of porosity in their matrices. In the case of La2O3 the sinterbility was improved in the limited amount of addition up to 0.5 mol%, in the same range of addition the strength of sintered bodies were improved perhaps owing to the precipitation of metastable tetragonal phase in the fully stabilized zirconia.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.58.2-58.2
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• 2012

Heavy hydrocarbon reforming is a core technology for "Dirty energy smart". Heavy hydrocarbons are components of fossil fuels, biomass, coke oven gas and etc. Heavy hydrocarbon reforming converts the fuels into $H_2$-rich syngas. And then $H_2$-rich syngas is used for the production of electricity, synthetic fuels and petrochemicals. Energy can be used efficiently and obtained from various sources by using $H_2$-rich syngas from heavy hydrocarbon reforming. Especially, the key point of "Dirty energy smart" is using "dirty fuel" which is wasted in an inefficient way. New energy conversion laboratory of KAIST has been researched diesel reforming for solid oxide fuel cell (SOFC) as a part of "Dirty energy smart". Diesel is heavy hydrocarbon fuels which has higher carbon number than natural gas, kerosene and gasoline. Diesel reforming has difficulties due to the evaporation of fuels and coke formation. Nevertheless, diesel reforming technology is directly applied to "Dirty fuel" because diesel has the similar chemical properties with "Dirty fuel". On the other hand, SOFC has advantages on high efficiency and wasted heat recovery. Nippon oil Co. of Japan recently commercializes 700We class SOFC system using city gas. Considering the market situation, the development of diesel reformer has a great ripple effect. SOFC system can be applied to auxiliary power unit and distributed power generation. In addition, "Dirty energy smart" can be realized by applying diesel reforming technology to "Dirty fuel". As well as material developments, multidirectional approaches are required to reform heavy hydrocarbon fuels and use $H_2$-rich gas in SOFC. Gd doped ceria (CGO, $Ce_{1-x}Gd_xO_{2-y}$) has been researched for not only electrolyte materials but also catalysts supports. In addition, catalysts infiltrated electrode over porous $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_3-{\delta}$ and catalyst deposition at three phase boundary are being investigated to improve the performance of SOFC. On the other hand, nozzle for diesel atomization and post-reforming for light-hydrocarbons removal are examples of solving material problems in multidirectional approaches. Likewise, multidirectional approaches are necessary to realize "Dirty energy smart" like reforming "Dirty fuel" for SOFC.

• 한국재료학회지
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• 제11권3호
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• pp.207-214
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• 2001

실리카 유리는 매우 우수한 광도파 소재이지만 비선형 광특성이 거의 없다. 그러나 이런 실리카 유리에 금속 전극과 같은 차단전극을 이용하여 강한 전기장을 장시간 가하게 되면 공간 전하 분극이 발생하게 되고 이에 의해 비선형 광특성이 나타나게 된다는 것은 실험적으로 알려져 왔다. 본 연구에서는 전기분극 시 실리카 유리에서 나타나는 비선형 광특성의 경시적인 변화를 공간적인 위치와 시간에 따라 정확히 예측할 수 있는 수치해석적인 모델을 제시하고자 하였다. 이를 위해서 지금가지 실험들에서 실리카 유리의 비선형 광특성 발생의 원인으로 밝혀진 공간전하분극을 전기분극 기구의 전산모사를 통하여 규명하였다. 비정질 실리카를 전해질 용액과 같은 특성을 지니는 매질로 가정하고 전하운반체가 단지 $Na^{+}$ 밖에 없다는 가정 하에 유한 차분법 (finite difference method)을 이용하였다. 원래의 복잡한 함수들을 표준화 변수들을 이용하여 간단한 식으로 변환하여 $Na^{+}$의 농도와 전기장의 분포를 표준화된 시편의 길이와 인가된 전압의 세기만으로 구할 수 있도록 하였다.

• 전기화학회지
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• 제2권4호
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• pp.202-208
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• 1999

[ $50/50 vol\%$ ] LSM-YSZ의 양극은 콜로이드 증착법에 의해 YSZ 전해질상에 증착하였다. 양극 특성은 주사전자현미경과 임피던스 분석기에 의해 고찰하였다. LSM-YSZ양극의 제조 조건에 따른 영향을 관찰하였으며, 그 영향에 대한 개선책이 고체산화물 연료전지의 성능향상을 위해 제시되었다. 임피던스에 대한 온도, YSZ전해질로의 양극 접착에 대한 표면 오염, 사용하는 Pt 페이스트, 미세구조에 대한 곡표면에 가해진 연무질 분사기술과 셀과 셀의 변동성에 대한 영향들은 각각 $900^{\circ}C$ 측정, YSZ표면 연마, 일단의 Pt페이스트 사용, 평편한 YSZ판의 사용과 일관된 절차와 기술의 사용에 의해 해결되었다. 이때 재현성 있는 임피던스 스펙트럼들이 향상된 셀을 사용함으로써 얻어졌고, $900^{\circ}C$에서 (공기)LSM-YSZ/YSZ/LSM-YSZ(공기) 셀에 대해 측정된 전형적인 임피던스 스펙트럼들은 2개의 불완전한 호로 구성되었다. 또한 LSM-YSZ 양극의 임피던스 특성은 촉매층, 양극 조성, 인가 전류 등과 같은 실험 조건들에 의해서도 영향을 받았다.