• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제68권
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• pp.161-167
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• 2018

In this study, transition metal coated carbon nanofibers (CNFs) were synthesized and applied as anode materials of Li secondary batteries. CNFs/Ni foam was immersed into 0.01 M transition metal solutions after growing CNFs on Ni foam via chemical vapor deposition (CVD) method. Transition metal coated CNFs/Ni foam was dried in an oven at $80^{\circ}C$. Morphologies, compositions, and crystal quality of CNFs-transition metal composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy (Raman), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. Electrochemical characteristics of CNFs-transition metal composites as anodes of Li secondary batteries were investigated using a three-electrode cell. Transition metal/CNFs/Ni foam was directly employed as a working electrode without any binder. Lithium foil was used as both counter and reference electrodes while 1 M $LiClO_4$ was employed as the electrolyte after it was dissolved in a mixture of propylene carbonate:ethylene carbonate (PC:EC) at 1:1 volume ratio. Galvanostatic charge/discharge cycling and cyclic voltammetry measurements were taken at room temperature using a battery tester. In particular, the capacity of the synthesized CNFs-Fe was improved compared to that of CNFs. After 30 cycles, the capacity of CNFs-Fe was increased by 78%. Among four transition metals of Fe, Cu, Co and Ni coated on carbon nanofibers, the retention rate of CNFs-Fe was the highest at 41%. The initial capacity of CNFs-Fe with 670 mAh/g was reduced to 275 mAh/g after 30 cycles.

• Nano
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• 제13권12호
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• pp.1850141.1-1850141.11
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• 2018

Sodium ion batteries based on the more sodium source reserve than that of lithium have been designed as promising alternatives to lithium ion batteries. However, several problems including unsatisfied specific capacity and serious cyclic stability must be solved before the reality. One of the effective approaches to solve the abovementioned problems is to search for suitable anode materials. In this work, we designed and prepared $FeSe_2$ nanoflakes via a simple hydrothermal method which can be adjusted in composition by Fe precursor. As a potential anode for sodium storage, the optimized $FeSe_2$ electrode was further evaluated in different electrolytes of $NaClO_4$ in propylene carbonate/fluoroethylene carbonate and $NaCF_3SO_3$ in diethylene glycol dimethyl ether. The capacity was about $470mAh\;g^{-1}$ and $535mAh\;g^{-1}$ at $0.5A\;g^{-1}$, respectively, in the voltage between 0.5 V and 2.9 V in the cycle of stabilization phase. Superior performance both in capacity and in stability was obtained in ether-based electrolyte, which affords the property without plugging the intermediates of transition metal dichalcogenides during charge/discharge processes.

• 전력전자학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.421-428
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• 2021

Lithium-ion secondary batteries exhibit advantageous characteristics such as high voltage, high energy density, and long life, allowing them to be widely used in both military and daily life. However, the lithium-ion secondary battery does have its limitation; for example, the output power and capacity are readily decreased due to the increased internal impedance during discharging at a lower temperature (-32℃, military requirement). Also, during charging at a lower temperature, lithium dendrite growth is accelerated at the anode, thereby decreasing the battery capacity and life as well. This paper describes a study that involves increasing the internal temperature of lithium-ion secondary battery by energy circulation operation in a low-temperature environment. The energy circulation operation allows the lithium-ion secondary battery to alternately charge and discharge, while the internal resistance of lithium-ion battery acts as a heating element to raise its own temperature. Therefore, the energy circulation operation method and device were newly designed based on the electrochemical impedance spectroscopy of the lithium-ion secondary battery to mediate the battery performance at a lower temperature. Through the energy circulation operation of lithium ion secondary battery, as a result of the heat generated from internal resistance in an extremely low-temperature environment, the temperature of the lithium-ion secondary battery increased by more than 20℃ within 10 minutes and showed a 75% discharging capacity compared with that at room temperature.

• 한국표면공학회지
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• 제56권5호
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• pp.299-308
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• 2023

In this study, phosphorus (P)-doped nickel cobaltite (P-NiCo₂O₄) and nickel-cobalt layered double hydroxide (P-NiCo-LDH) were synthesized on nickel (Ni) foam as a conductive support using hydrothermal synthesis. The thermal properties, crystal structure, microscopic surface morphology, chemical distribution, electronic state of the constituent elements on the sample surface, and electrical properties of the synthesized P-NiCo₂O₄ and P-NiCo-LDH samples were analyzed using thermogravimetric analysis-differential scanning calorimetry (TGA-DSC), X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The P-NiCo₂O₄ electrode exhibited a specific capacitance of 1,129 Fg^-1 at a current density of 1 Ag^-1, while the P-NiCo-LDH electrode displayed a specific capacitance of 1,012 Fg^-1 at a current density of 1 Ag-1. When assessing capacity changes for 3,000 cycles, the P-NiCo₂O₄ electrode exhibited a capacity retention rate of 54%, whereas the P-NiCo-LDH electrode showed a capacity retention rate of 57%.

• Journal of Platform Technology
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• 제11권2호
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• pp.54-65
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• 2023

전기자동차에 사용되는 배터리는 전기자동차의 특성상 정격용량이 매우 커다란 배터리이다. 전기자동차를 장기간 운행하거나 교통사고로 전기자동차가 폐차되게 되면 전기자동차용 배터리는 폐배터리가 된다. 폐차되는 차량이더라도 전기자동차용 폐배터리에 남아 있는 용량은 다른 용도로 사용하기에 충분하다. 자동차용 폐배터리는 매우 고가이기때문에 재활용 및 재사용이 필요하지만 재활용 및 재사용을 위한 폐배터리 성능등급 측정기준이 부족한 문제가 있었다. 폐배터리의 잔존용량을 측정하는 방법으로 가장 안정적이고 신뢰할 수 있는 방법은 완전 충·방전을 이용하여 배터리의 잔존용량을 측정하는 것이다. 하지만 이러한 완전 충·방전에 방식에 의한 검사 방법은 배터리의 용량에 따라 다르지만 검사하는데 하루 이상이 걸리는 단점을 가지고 있으며 많은 사람들이 이러한 문제를 해결하기 위하여 많은 노력을 하고 있다. 본 논문에서는 전기자동차 배터리에 대한 검사 시간을 줄일 수 있는 방법으로 셀간 전압 편차를 활용한 전기자동차 배터리 잔존용량 분석 기법을 연구 분석하였다. 이를 위하여 완전 충·방전 기반의 용량 측정시스템을 구성하고 코나 폐배터리를 이용하여 실험데이터를 수집하였고 배터리 팩을 구성하고 있는 배터리 셀간 전압 편차와 잔존용량과의 상관관계를 분석하여 배터리 검사에 활용할 수 있는지를 검증하였다.

• 공업화학
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• 제9권2호
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• pp.220-225
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• 1998

스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$를 $Li_2CO_3$와 $MnO_2$를 사용하여 $750{\sim}900^{\circ}C$에서 소성해서 합성하였다. 이 때 $850^{\circ}C$에서 12시간 동안 소성할 경우 입방정 구조의 $LiMn_2O_4$가 얻어졌다. 그러나 $900^{\circ}C$에서 소성해서 합성할 경우 산소의 발생으로 인해서 0.06M의 $Mn^{+4}$가 $Mn^{+3}$로 전이되면서 $LiMn_2O_{3.97}$이 얻어졌다. 이것은 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$에서 octahedral site의 $Mn^{+3}$ 이온의 증가로 인해서 Jahn-Teller distortion이 발생되며, 이로 인해 $3.6{\sim}4.3V_{Li/Li}+$의 전위범위에서 $0.25mA/cm^2$으로 15 cycle 동안 충 방전 실험한 결과 $900^{\circ}C$에서 합성된 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$는 82 mAh/g에서 50 mAh/g으로 용량 감소가 나타났으나 $850^{\circ}C$에서 합성한 $LiMn_2O_4$는 102~64 mAh/g을 유지했다.

• 한국재료학회지
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• 제17권8호
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• pp.447-451
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• 2007

We investigated the dependence of the various annealing conditions and thickness ($6\sim45nm$) of the Ti-doped $Al_2O_3$ coating on the electrochemical properties and the capacity fading of Ti-doped $Al_2O_3$ coated $LiCoO_2$ films. The Ti-doped-$Al_2O_3$-coating layer and the cathode films were deposited on $Al_2O_3$ plate substrates by RF-magnetron sputter. Microstructural and electrochemical properties of Ti-doped-$Al_2O_3$-coated $LiCoO_2$ films were investigated by transmission electron microscopy (TEM) and a dc four-point probe method, respectively. The cycling performance of Ti-doped $Al_2O_3$ coated $LiCoO_2$ film was improved at higher cut-off voltage. But it has different electrochemical properties with various annealing conditions. They were related on the microstructure, surface morphology and the interface condition. Suppression of Li-ion migration is dominant at the coating thickness >24.nm during charge/discharge processes. It is due to the electrochemically passive nature of the Ti-doped $Al_2O_3$ films. The sample be made up of Ti-doped $Al_2O_3$ coated on annealed $LiCoO_2$ film with additional annealing at $400^{\circ}C$ had good adhesion between coating layer and cathode films. This sample showed the best capacity retention of $\sim92%$ with a charge cut off of 4.5 V after 50 cycles. The Ti-doped $Al_2O_3$ film was an amorphous phase and it has a higher electrical conductivity than that of the $Al_2O_3$ film. Therefore, the Ti-doped $Al_2O_3$ coated improved the cycle performance and the capacity retention at high voltage (4.5 V) of $LiCoO_2$ films.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.307-318
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• 2020

기존의 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery, VRFB)에서 사용하고 있는 과불소계이오노머인 나피온(Nafion)은 전해질에 존재하는 바나듐 이온의 투과도가 높아, 바나듐 이온이 분리막을 투과하여 반대쪽 전해질로 교차 이동하는 문제를 갖고 있다. VRFB에서 바나듐 이온의 투과는 서로 다른 산화수를 갖는 바나듐 이온이 부반응을 일으켜 충전, 방전 용량의 감소를 야기하고, 장기적인 성능 감소를 일으키는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 SiO₂에 3-aminopropyl group이 도입된 나노입자(fS)를 Nafion에 분산시켜 바나듐 이온의 투과를 감소시키고, VRFB의 장기적인 성능의 향상을 도모하고자 하였다. SiO₂에 붙어 있는 아민기(-NH₂)가 Nafion의 술폰산 음이온(SO₃^-)과 이온결합을 형성함과 동시에, 암모늄 양이온(-NH₃⁺)의 양전하가 바나듐 이온에 대해 Gibbs-Donnan 효과를 나타내어 낼 것이라고 기대하였다. fS를 섞은 Nafion 용액의 pH와 Nafion-fS 막의 IEC 측정을 통해 암모늄 양이온과 술폰산 음이온의 이온결합이 존재하는 것을 확인하였고, fS의 양이 많아질수록 바나듐 이온의 투과도가 감소하는 것을 확인하였다. VRFB 단위 전지에 제조한 복합막을 도입하였을 때, 150 mA/㎠의 전류밀도에서 충방전 사이클을 200회 반복 진행하여도 방전용량을 최대 80%까지 유지할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.42-48
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• 2021

본 연구에서는 LiNi0.85Co0.15O2의 전기화학적 특성과 열적 안정성을 향상시키기 위하여 LiNi0.85Co0.15O2에 이종원소인 Zn와 Al을 함께 첨가하여 고상법으로 합성하였다. 물질의 결정 구조, 크기 및 표면 상태는 XRD, SEM을 이용하여 분석하였고 전기화학적 특성은 충방전기를 이용하여 CV(cyclic voltammetry), 초기 충·방전 프로파일, 출력 특성, 수명 특성 등을 측정하였다. Al-O의 강한 결합에너지는 양극활물질의 구조적 안정성을 향상시켰으며, Li+와 Ni2+의 양이온 혼합을 막아 전기화학적 특성 또한 향상되었다. Zn의 큰 이온반경은 양극활물질의 격자상수를 증가시켜 단위 셀의 부피가 확장되었다. Zn와 Al을 0.025몰씩 첨가한 물질의 경우, 0.5 C-rate의 전류밀도에서 100 사이클 동안 80%의 용량 유지율을 보여주었으며 이 결과는 NC 양극활물질보다 12% 높은 수치이다. 또한, 5 C-rate에서의 방전용량은 104 mAh/g으로 기존의 NC 양극활물질보다 36 mAh/g 높은 수치를 보였다. Zn과 Al이 0.025몰씩 첨가된 NC 양극활물질은 출력 특성, 수명 특성에서 우수한 특성을 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.99-104
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• 2024

본 연구에서는 고용량 리튬이온배터리용 음극 소재로 탄소 코팅된 할로우 구조의 실리콘(HSi/C) 복합소재를 제조하였다. CTAB (N-Cetyltrimethylammonium bromide)이 첨가된 Stöber법을 통해 할로우 실리카(HSiO₂)를 합성하였으며, HSiO₂를 마그네슘열 환원한뒤 표면에탄소를 코팅하여 HSi/C 음극복합소재를 제조하였다. 복합소재의물리적 특성과 전기화학적 특성을 CTAB 조성에 따라 조사하였다. FE-SEM 분석 결과 CTAB 조성이 감소할수록 HSiO₂ 입자의 크기가 커졌으나 두께는 감소하였다. 제조된 HSi/C 소재는 다양한 CTAB 비율(0.5, 1.0, 1.5)에서 각각 2188.6, 2164.5, 1866.7 mAh/g의 높은 초기 방전용량을 나타내었으며, 100 사이클의 충·방전 후 0.5-HSi/C가 1171.3 mAh/g의 높은 가역 용량과 70.9%의 용량 유지율을 보여주었다. 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)으로 저항 특성을 분석하였으며, 0.5-HSi/C 소재가 20 사이클 이후 다른 CTAB 조성의 HSi/C 복합소재에 비해 안정적인 저항 특성을 보이는 것을 확인하였다.