• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.681-682
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• 2013

전기는 우리 주변의 에너지 형태 중에서 가장 편리하고 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 전기는 전자제품, 전기자동차, 에너지 저장 플랜트 등 매우 많은 분야에서 저장되고 사용되고 있다. 특히 에너지 저장 용량의 확대는 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 IT 기기의 성장에 결정적인 역할을 하였다. 가볍고 작으면서도 고용량의 전기 에너지 저장 장치가 없었다면, 통신이나 인터넷 그리고 오락 등 다양한 기능을 작은 휴대용 기기에 구현할 수 없었을 것이다. 그러나 시간이 흐를수록 기기의 요구 성능이 높아지고 소비자의 니즈가 더욱더 다양해지고 고도화될수록 단일 부품으로 가장 큰 부피를 차지하는 에너지 저장 장치의 용량과 디자인은 점점 중요해지고 있다. 이러한 에너지 저장 장치에서 가장 친숙한 형태는 2차 전지 계열이다. 납 축전지를 비롯하여, 니켈수소, 니켈카드뮴, electrochemical capacitor와 Li ion 계열 등이 대표적이다. 특히 Li ion 배터리는 모바일, 자동차 및 에너지 저장 그리드 등과 같은 다양한 분야에 가장 많이 적용되고있다. Li ion 배터리에 대하여 현재의 핵심적인 연구분야는 전극 재료(cathode, anode)와 electrolyte에 대한 것이다. Anode 전극 재료 중에서 가장 많이 사용되는 재료는 카본을 기반으로 하는 재료로 안정성에 대한 장점이 있지만 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다. 에너지 저장 용량 증가에 대한 필요성이 증가하기 때문에 현재 많이 사용되고 있는 에너지 밀도가 낮은 카본 재료를 대체하기 위해서 이론 용량이 높다고 알려진 실리콘과 같은 메탈이나 주석 산화물과 같은 천이 금속 산화물에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 현재까지 알려진 많은 재료 중에서 가장 큰 capacity (~4,000 mAh/g)를 가지고 있다고 알려진 실리콘이 카본의 대체 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나, Li 과 반응을 하며 약 300~400%에 달하는 부피팽창이 발생하고, 이러한 부피 팽창 때문에 충 방전이 진행됨에 따라 current collector로부터 박리되는 현상을 보여 빠른 용량 감소를 보여주고 있다. 본 연구에서는 adhesion layer를 current collector와 실리콘 전극 재료 사이에 삽입하여 충 방전 시 부피팽창에 의한 미세구조의 변화와 electrochemical 특성에 대한 영향을 알아보았다. 실험에 사용한 anode 전극은 상용 Cu foil current collector에 RF/DC magnetron 스퍼터링을 통해 다양한 종류(Ti, Ta 등)의 adhesion layer과 200 nm 두께의 Si 박막을 증착하였다. 또한 Bio-logic Potentiostat/ Galvanostat VMP3 와 WanAtech automatic battery cycler 장비를 사용하여 0.2 C-rate로 half-cell 타입의 코인 셀로 조립한 전극에 대한 충 방전 실험을 진행하였다. Adhesion layer의 사용으로 인해 실리콘 박막과 Cu current collector 사이의 박리 현상을 줄여줄 수 있었고, 충 방전 시 Cu 원자의 실리콘 박막으로의 확산을 통한 brittle한 Cu-Si alloy 형성을 막아 줄 수 있어 큰 특성 향상을 확인할 수 있었다. 또한, 리튬과 실리콘의 반응을 통한 형태와 미세구조 변화를 SEM, TEM 등의 다양한 장비를 사용하여 확인하였고, 이를 통해 adhesion layer의 사용이 전극의 특성향상에 큰 영향을 끼쳤다는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.50-50
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• 1999

마이크로 공정을 이용한 초소형 정밀 기계는 공정 기술과 재료 기술의 발전에 의하여 더욱 소형화되고 있으며 특히 기능을 갖는 부분과 이 부분을 제어하는 주변회로의 on-chip화의 요구가 증가되기 시작하였다. 이와 같은 추세에 있어서의 문제점은 초소형 정밀기계 부품 소자의 구동을 위한 에너지원의 개발이다. 즉, 소자의 크기가 작아진 것에 부합되는 초소형의 전지가 필요하게 된 것이다. 따라서 보다 완전한 초소형 정밀 기계 및 마이크로 소자의 구현을 위하여 마이크로 소자와 혼성 (Hybrid) 되어 이용될 수 있는 고성능 및 초소형의 전지의 개발이 필수적이다. 초소형 전지의 구현을 위하여 Li계의 2차 전지를 선택하여 이를 박막화하고 반도체 공정을 도입할 수 있다. 이러한 전지를 박막형 2차 전지 또는 박막형 마이크로 전지(thin film Secondary Battery : TFSB or Thin Film Micro-Battery : TFMB)라 하며 이러한 2차 전지는 일반적인 벌크 전지와 동일하게 cathode/Electolyte/Anode의 구조를 갖는다. 박막의 특성상 전해질은 고상의 물질을 사용하는 것이 벌크형 2차 전지와 다른 점이다. TFSB의 성능은 주로 cathode에 의하여 결정되며 지금까지 많은 cathode 물질에 대한 연구 보고가 발표되고 있다. 반도체 공정을 이용한 TFMB의 제작시 무엇보다 중요한 점은 우수한 고상 전해질 및 anode 물질의 선택에 있다. 최근에 2차 전지를 위한 carbon계 anode를 대체할 수 있는 SnO에 대한 보고가 있는데 이는 한 개의 Sn 원자당 2개 이사의 Li가 반응하여 높은 용량을 갖는 전지의 제작이 가능하기 때문이다. Sno2의 anode는 매우 높은 충전용량을 갖는데 첫 번째 방전시에 Li2O를 생성하여 비가역적 반응을 나타내고 계속되는 충방전 동안 Li-Sn 합금이 생성되어 2차전지의 가역적 반응을 가능하게 한다. SnO2 는 대기중에서 Li 금속보다 안정하기 때문에 전지의 제작 공정 및 사용 면에서 매우 우수한 물질이지만 아직까지 SnO2 구조적 특성과 전지의 충, 방전 특성에 대한 관계의 규명을 위한 정확한 정설은 제시되고 있지 못하다. 본 연구에서는 TFSB anode 물질로써 SnOx박막을 상온에서 여러 전도성 콜렉터 위에 증착하여 그 충, 방전 특성을 보고하였다. 증착된 SnOx박막의 표면은 SEM, AFM으로 분석하였으며 구조의 분석은 XR와 Auger electron spectroscope로 하였다. 충, 방전 특성을 분석하기 위하여 리늄 foil을 대극과 참조 전극으로 하여 EC:DMC=1:1, 1M LiPF6 액체 전해질을 사용한 Half-Cell를 구성하여 100회 이상의 정전류 충, 방전 시험을 행하였다. Half-Cell test 결과 박막의 구조, 콜렉터의 종류 및 Sn/O비에 따라 서로 다른 충, 방전 거동을 나타내었다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.4 no.2
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• pp.58-64
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• 2001

YSZ ($8mol\%$ yttria-stabilized zirconia)-modified LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ composite cathodes were fabricated by formation of YSZ film on triple phase boundary (TPB) of LSM/YSZ/gas. The YSZ coating film greatly enlarged electrochemical reaction sites from the increase of additional TPB. The composite cathode was formed on thin YSZ electrolyte (about 30 Um thickness) supported on an anode and then I-V characterization and AC impedance analyses were performed at temperature between $700^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$. As results of the impedance analysis on the cell at $800^{\circ}C$ with humidified hydrogen as the fuel and air as the oxidant, R1 around the frequency of 1000 Hz represents the anode Polarization. R2 around the frequency of 100Hz indicates the cathode polarization, and R3 below the frequency of 10 Hz is the resistance of gas phase diffusion through the anode. The cell with the composite cathode produced power density of $0.55\;W/cm^2\;and\;1W/cm^2$ at air and oxygen atmosphere, respectively. The I-V curve could be divided into two parts showing distinctive behavior. At low current density region (part I) the performance decreased steeply and at high current density region (part II) the performance decreased gradually. At the part I the performance decrease was especially resulted from the large cathode polarization, while at the part H the performance decrease related to the electrolyte polarization.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 1996.07c
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• pp.1414-1417
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• 1996

The purpose of this study Is to research and develop $V_{6}O_{13}$ composite cathode for lithium thin film battery. $V_{6}O_{13}$ represents a class of cathode active material used in Li rechargeable batteries. In this study, we investigated cyclic voltammetry and charge/discharge characteristics of $V_6O_{13}$/SPE/Li cells. Cyclic voltammogram of $V_{6}O_{13}$/SPE/Li cell at scan rate 1mV/sec showed reduction peaks of 2.25V and 2.4V and oxidation peaks of 2.4V and 2.2V. The discharge curve of $V_{6}O_{13}$/SPE/Li cell showed 4 potential plateaus. The discharge capacity was decreased in the beginning of charge/discharge cycling. After 8th cycling, the discharge capacity was stable. The discharge capacity of 1st cycle and 15th cycle was 290mAh/g and 147mAh/g at $25^{\circ}C$, respectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.4-4
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• 2008

소형화, 고신뢰성 그리고 고안정성을 갖는 차세대 전자, 통신용 및 의료용 전자 소자에 대한 요구의 증대에 따라 이의 개발이 가속화되고 있다. 이러한 개발에 있어서 핵심적 문제의 하나는 소자 구동을 위한 초소형 고출력 동력원의 개발이다. 이러한 요구 조건에 가장 잘 부합되는 초소형 동력원은 재료공학, 박-후막 공정 및 전기화학기술을 도입하여 제작되는 박막 전지이다. 박막 전지 기술은 재료공학기술, 나노 고정 기술, 박-후막제조기술, 전기화학기술, 마이크로공정기술, 반도체기술 및 집적화를 위한 시스템화 기술을 종합해야하는 기술로 전기, 전자 분야의 급속한 발전과 함께 진행되고 있는 통신, 전자기기 및 의료기기의 초소형화를 가능하게 하는 특징을 가지고 있다. 이 기술은 이차전지(또는 경우에 따라서는 박막형 슈퍼캐패시터와 하이브리드화) 등을 효과적으로 소형, 고출력 및 고안정화하는 기술이 핵심이며 박-후막형 전지의 최적 구동을 위한 시스템 및 나노 재료 기술에 의해서 구현되는 신 개념의 마이크로 파워 소스이다. 이번 발표에서는 박막 전지의 개발 배경과 몇 가지의 기술적 접근의 예를 제시하고자 한다. 특히 최근에는 박막 전지의 개발은 재료, 공정(후-박막 기술) 및 평가 기술 분야에 서의 기여가 매우 중요하다는 것을 인식하게 되었으며 이러한 과정에서 박막 전지의 개발은 기술적인 면에서 단순히 특정 단일 분야의 주도가 아닌 기술간 융합적 접근(예를 들어 재료와 반도체 공정 또는 이온 재료와 전자 재료 간의 융합)의 필요성이 매우 높아지고 있음을 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.46 no.6
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• pp.708-712
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• 2009

ITO films were achieved by sintering at $500{\sim}550{^{\circ}C}$. This was possible by inducing a seeding effect on an ITO sol by producing crystalline ITO nanoparticles in situ during heat treatment. Two kinds of ITO sols (named ITO-A and ITO-B) were prepared at 2.0 wt% from indium acetate and tin(IV) chloride in different mixed solvents. The ITO-A sol showed a high degree of crystallinity of ITO without any detectable Sn$O_2$ on XRD at $350{^{\circ}C}$/1 h, but the ITO-B sol showed a small amount of Sn$O_2$ even after annealing at $600{^{\circ}C}$/1 h. The 10 wt% ITO-A//ITO-B showed the sheet resistance of 3600$\Omega$/□, while the ITO-B sol alone showed 5200 $\Omega$/□ by sintering at $550{^{\circ}C}$ for 30 min. Processing parameters were studied by TG/DSC, XRD, SEM, sheet resistance, and visible transmittance.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.19.1-19.1
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• 2010

The process of manufacturing printed electronics using printing technology is attracting attention because its process cost is lower than that of the conventional semiconductor process. This technology, which offers both a lower cost and higher productivity, can be applied in the production of organic TFT (thin film transistor), solar cell, RFID(radio frequency identification) tag, printed battery, E-paper, touch screen panel, black matrix for LCD(liquid crystal display), flexible display, and so forth. In general, in order to implement printed electronics, narrow width and gap printing, registration of multi-layer printing by several printing units, and printing accuracy of under $20\;{\mu}m$ are all required. These electronic products require high precision to the degree of tens of microns - in a large area with flexible material, and mass productivity at low cost. As such, the roll-to-roll printing process is attracting attention as a mass production system for these printed electronic devices. For the commercialization of this process, two basic electronic ink technologies, such as conductive ink and polymers, and printing equipment have to be developed. Therefore, this paper addressed basis design and test to develop fine patterning equipment employing the roll-to-roll printing equipment and electronic ink.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.15.2-15.2
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• 2009

Manufacturing of printed electronics using printing technology has begun to get into the hot issue in many ways due to the low cost effectiveness to existing semi-conductor process. This technology with both low cost and high productivity, can be applied in the production of organic thin film transistor (OTFT), solar cell, radio frequency identification (RFID) tag, printed battery, E-paper, touch screen panel, black matrix for liquid crystal display (LCD), flexible display, and so forth. The emerging technology to manufacture the products in mass production is roll-to-roll printing technology which is a manufacturing method by printings of multi-layered patterns composed of semi-conductive, dielectric and conductive layers. In contrary to the conventional printing machines in which printing precision is about $50~100{\mu}m$, the printing machines for printed electronics should have a precision under $30{\mu}m$. In general, in order to implement printed electronics, narrow width and gap printing, register of multi-layer printing by several printing units, and printing accuracy of under $30{\mu}m$ are all required. We developed the roll-to-roll printing equipment used for printed electronics, which is composed of un-winder, re-winder, tension measurement system, feeding units, dancer systems, guide unit, printing unit, vision system, dryer units, and various auxiliary devices. The equipment is designed based on cantilever type in which all rollers except printing ones have cantilever types, which could give more accurate machine precision as well as convenience for changing rollers and observing the process.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.22 no.3
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• pp.128-137
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• 2019

A lithium is the lightest metal on the earth. It has some attractive characteristics as a negative electrode material such as a low reduction potential (-3.04 V vs. SHE) and a high theoretical capacity ($3,860mAh\;g^{-1}$). Therefore, it has been studied as a next generation anode material for high energy lithium batteries. The thin lithium electrode is required to maximize the efficiency and energy density of the battery, but the physical roll-press method has a limitation in manufacturing thin lithium. In this study, thin lithium electrode was fabricated by electrodeposition under various conditions such as compositions of electrolytes and the current density. Deposited lithium showed strong relationship between process condition and its characteristics. The concentration of electrolyte affects to the shape of deposited lithium particle. As the concentration increases, the shape of particle changes from a sharp edged long one to a rounded lump. The former shape is favorable for suppressing dendrite formation and the elec-trode shows good stripping efficiency of 92.68% (3M LiFSI in DME, $0.4mA\;cm^{-2}$). The shape of deposited particle also affected by the applied current density. When the amount of current applied gets larger the shape changes to the sharp edged long one like the case of the low concentration electrolyte. The combination of salts and solvents, 1.5M LiFSI + 1.5M LiTFSI in DME : DOL [1 : 1 vol%] (Du-Co), was applied to the electrolyte for the lithium deposition. The lithium electrode obtained from this electrolyte composition shows the best stripping efficiency (97.26%) and the stable reversibility. This is presumed to be due to the stability of the surface film induced by the Li-F component and the DOL effect of providing film flexibility.

• Membrane Journal
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• v.31 no.6
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• pp.417-425
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• 2021

As the demand for high-capacity batteries increases, there has been growing researches on the lithium metal anode with a capacity (3,860 mAh/g) of higher than that of conventional one and a low electrochemical potential (-3.040 V). In this study, using the anatase phased TiO₂ nanoparticles synthesized by hydrothermal synthesis, a PVdF-HFP/TiO₂ organic/inorganic composite material was designed and used as an interfacial protective layer for a Li metal anode. As-formed organic/inorganic-lithium composite thin film was confirmed through the crystalline structure and morphological analyses. In addition, the electrochemical test (cycle stability and voltage profile) confirmed that the protective layer of PVdF-HFP/TiO₂ composite (10 wt% TiO₂ and 1.1 ㎛ film thickness) contributed to the enhanced electrochemical performance of the lithium metal anode (Colombic efficiency retention: 90% for 77 cycles). Based on comparative test with the untreated lithium electrode, it was confirmed that our protective layer plays an important role to stabilize/improve the EC performance of the lithium metal negative electrode.