• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제5권3호
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• pp.209-213
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• 2019

최근 전력 계통에 사용되는 주파수 조정용(F/R) 에너지 저장장치에 대하여 높은 에너지 밀도와 장수명의 안정성에 대한 요구가 증대되고 있다. 이와 관련하여 슈퍼커패시터는 장수명과 급속 충방전 특성이 우수하므로 이러한 F/R 적용을 위한 에너지 저장장치로 적합하게 여겨지고 있다. 슈퍼커패시터는 단주기 F/R 영역의 보완 운전을 담당하고 전력계통에 설치된 ESS의 장주기 운영 수명을 연장함으로써 기존 용량을 담당하는 리튬 배터리의 설치 규모와 양을 획기적으로 줄일 수 있다. 하지만 낮은 에너지 밀도는 전력 계통과 같은 큰 시스템에서 적용에 한계가 있으며 여전히 배터리를 대체할 수 있는 높은 에너지 밀도 요구에 어려움을 겪고 있다. 그러나 최근에는 리튬이온 커패시터(Lithium ion capacitor; LIC) 구조가 3.8 V 이상의 전압 구간을 구현할 수 있기 때문에 전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor; EDLC) 구조보다 고에너지 밀도 구현을 위한 구조로 각광을 받고 있지만 여전히 상용화를 위해서는 여러가지 전기화학적 성능에 대한 구체적인 검증 및 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 LIC의 에너지 밀도와 관계되는 용량을 증대하기 위하여 새로운 전극사전-도핑 방법을 설계하였다. 양극 활물질은 0.1% 이하의 상대습도 분위기 드라이룸에서 기계적 강도와 음극 도핑을 안정되게 수행될 수 있도록 $100{\mu}m$의 두께로 제작되었다. 또한 접촉 저항을 최소화하기 위하여 제조된 전극은 상온에서 $65^{\circ}C$까지 열 압축공정을 실시하였다. 최종적으로 LIC 구조에 대한 다양한 사전-도핑법을 설계하고 그 메커니즘을 분석하여 용량과 전기화학적 안정성이 향상된 새로운 LIC 사전-도핑 방법을 제안하였다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제11권6호
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• pp.1664-1673
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• 2016

Lithium rechargeable cells are used in many industrial applications, because they have high energy density and high power density. For an effective use of these lithium cells, it is essential to build a reliable battery management system (BMS). Therefore, the state of charge (SOC) estimation is one of the most important techniques used in the BMS. An appropriate modeling of the battery characteristics and an accurate algorithm to correct the modeling errors in accordance with the simplified model are required for practical SOC estimation. In order to implement these issues, this approach presents the comparative analysis of the SOC estimation performance using equivalent electrical circuit modeling (EECM) and noise suppression technique (NST) in three representative $LiCoO_2/LiFePO_4/LiNiMnCoO_2$ cells extensively applied in electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) and energy storage system (ESS) applications. Depending on the difference between some EECMs according to the number of RC-ladders and NST, the SOC estimation performances based on the extended Kalman filter (EKF) algorithm are compared. Additionally, in order to increase the accuracy of the EECM of the $LiFePO_4$ cell, a minor loop trajectory for proper OCV parameterization is applied to the SOC estimation for the comparison of the performances among the compared to SOC estimation performance.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2002년도 추계종합학술대회
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• pp.784-787
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• 2002

Sol-gel 법으로 PLT(28) 박막을 제작하여, 박막의 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD와 AFM 관찰결과, $650^{\circ}C$에서 annealing 된 박막은 완전한 perovskite 구조를 가지며 표면거칠기도 22$\AA$ 으로 양호한 값을 나타내었다. Pt/TiO$_{x}$SiO2/Si 기판위에 PLT(28) 박막을 증착시켜 planar 형태의 캐패시터를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. 그 결과, PLT(28) 박막은 상유전상을 가지며,10kHz에서 비유전률과 유전손실은 761 과 0.024 이었다. 또, 5V에서 전하축적 밀도와 누설전류밀도는 각각 134fC/$\mu$m2 과 1.01 $\mu$A/cm2 이었다. 이로부터, PLT(28) 박막이 차세대 DRAM 용 캐패시터 절연막으로 사용될 수 있는 유망한 재료라고 생각된다.다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.169-175
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• 2016

The electrolyte added the chlorosulfuric acid ($HSO_3Cl$) as an additive was tested for the electrolyte in all-vanadium redox flow battery (VRFB) to increase the thermal stability of electrolyte. The electrolyte property was measured by the CV (cyclic voltammetry) method. The maximum value of a voltage and current density in the electrolyte added $HSO_3Cl$ was higher than that in the electrolyte non-added $HSO_3Cl$. The thermal stability of the pentavalent vanadium ion solution, which was tested at $40^{\circ}C$, increased by adding $HSO_3Cl$. The performances of VRFB using the electrolyte added and non-added $HSO_3Cl$ were measured during 30 cycles of charge-discharge at the current density of $60mA/cm^2$. An average energy efficiency of the VRFB was 72.5%, 82.4%, and 81.6% for the electrolyte non-added $HSO_3Cl$, added 0.5 mol of $HSO_3Cl$, and added 1.0 mol of $HSO_3Cl$, respectively. VRFB using the electrolyte added $HSO_3Cl$ was showed the higher performance than that using the electrolyte non-added $HSO_3Cl$.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.13-13
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• 2010

Switching an elementary excitation by injecting a single carrier would offer the exciting opportunity for the ultra-high data storage technologies. However, there has been no methodology available to investigate the interaction of low energy discrete carriers with nano-structures. In order to map out the spatial dependency of such single carrier level interactions, we developed a pulse-and-probe algorithm, combining with low temperature scanning tunneling microscopy. The new tool, which we call single carrier spectroscopy, allows us to track the interaction with the target macrostructure with tunneling carriers on a single carrier basis. Using this tool, we demonstrate that it is possible not only to locally write and erase individual bi-solitons, reliably and reversibly, but also to track of creation yields of single and multiple bi-solitons. Bi-solitons are pairs of solitons that are elementary out-of-phase excitations on anti-ferromagnetically ordered pseudo-spin system of Si dimers on Si(001)-c(42) surfaces. We found that at low energy tunneling the single bisoliton creation mechanism is not correlated with the number of carriers tunneling, but with the production of a potential hole under the tip. An electric field at the surface determines the density of the local charge density under the tip, and band-bending. However a rapid, dynamic change of a field produces a potential hole that can be filled by energetic carriers, and the amount of energy released during filling process is responsible for the creation of bi-solitons. Our model based on the field-induced local hole gives excellent explanation for bi-soliton yield behaviors. Scanning tunneling spectroscopy data supports the existence of such a potential hole. The mechanism also explains the site-dependency of bi-soliton yields, which is highest at the trough, not on the dimer rows. Our study demonstrates that we can manipulate not just single atoms and molecules, but also single pseudo-spin excitations as well.

• 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%.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제1권1호
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• pp.175-180
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• 2015

본 연구에서는 간단한 화학적 합성 방법을 통하여 스테인레스 기판 위에 nano-bud 형태의 수산화 구리 박막을 형성하였다. 그리고 또 다른 합성 방법인 chemical bath deposition을 이용하여 수산화 구리 나노 구조를 간단하고 친환경적으로 형성하였다. 수산화 구리 박막의 구조적 연구는 X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission scanning electron microscopy (FESEM) 방법을 통하여 이루어졌으며 다결정의 nano-bud 형상을 확인할 수 있었다. 또한 나노 구조로 합성된 수산화구리 전극의 전기화학적 측정은 1M KOH의 전해질 조건에서 cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD)에서 측정되었으며 $340Fg^{-1}$의 높은 비 용량을 보였다. 또한 $1mA\;cm^{-2}$ 의 전력 밀도에서 ${\sim}83Wh\;kg^{-1}$의 높은 에너지 밀도와 ${\sim}3.1kW\;kg^{-1}$의 높은 출력 밀도를 가지며 향상된 전극의 성능을 보였다. 이러한 뛰어난 의사 캐패시터의 성능은 수산화 구리의 nano-bud 형상에 의한 효과로 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 화학적 합성 방법의 확장을 통하여 수산화 구리 전극의 에너지 저장 장치로써의 성능을 확인할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제16권3호
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• pp.111-122
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• 2013

나트륨 유황전지(NAS)는 대용량 에너지 저장시스템(energy storage system, ESS) 중 하나로서, 최근 풍력에너지, 태양에너지, 해양에너지 등 그린재생에너지의 사용증가로 ESS에 대한 수요가 급증함에 따라 NAS 전지에 대한 관심이 고조되고 있다. NAS 전지는 에너지 밀도가 높고(납 축전지밀도의 3배), 사이클 수명이 길고, 자가방전이 없어 대용량 전력저장 시스템에 적합하다. NAS 전지는 양극으로 황(Sulfur), 음극으로 나트륨(Na), 고체전해질 및 분리막으로 ${\beta}$"-알루미나($Al_2O_3$)로 구성되어 있고, 양극 활물질인 황은 부도체이기 때문에 도전재인 탄소섬유(carbon felt)에 함침시켜 양극으로 사용해야 함으로, 양극재 구성 및 특성은 전지성능에 상당한 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 NAS 전지의 구성, 다황화나트륨($Na_2S_x$, 방전생성물) 및 양극재의 특성, 전지 성능에 미치는 영향인자들에 대해서 알아보고자 한다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권2호
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• pp.280-288
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• 2017

에너지 저장 매체는 소형화, 고효율화 및 그린에너지 정책에 부합하면서 연구개발이 진행되고 있으며 유연성과 신축성을 갖는 디스플레이나 웨어러블 전자기기의 발전에 상응하는 에너지 저장 매체의 개발이 시급한 상황으로 이를 실현 할 수 있는 물질가운데, 탄소나노 재료중의 하나인 그래핀과 그래핀 하이브리드와 같은 뛰어난 전기화학적 특성을 지니고 있는 나노 재료가 각광을 받고 있다. 또한 슈퍼커패시터와 배터리 및 연료전지 등과 같은 에너지 저장 소자에 응용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중에 있으며, 여러 가지 에너지 저장 매체 중 단시간에 고출력을 구현하고 장시간 신뢰성을 갖추며, 빠른 충 방전 순환특성을 가지는 슈퍼커패시터는 차세대 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 플렉시블한 특성을 갖는 그래핀과 전도성 고분자 하이브리드 전극을 기반으로 하는 슈퍼커패시터를 개발하고자 하였으며 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료를 이용하여, 전기화학적 특성을 최대화 하였다. 그 결과 굽힘 시험 전 전극의 초기 용량값은 $198.5F\;g^{-1}$ 이었으며, 500번의 굽힘 시험 후 $128.3F\;g^{-1}$로 감소하는 것을 확인하였으나, 전극의 초기 전기 용량 값의 65 %의 성능을 유지하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.5-5
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• 2011

The research and development of hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) are intensified due to the energy crisis and environmental concerns. In order to meet the challenging requirements of powering HEV, PHEV and EV, the current lithium battery technology needs to be significantly improved in terms of the cost, safety, power and energy density, as well as the calendar and cycle life. One new technology being developed is the utilization of composite cathode by mixing two different types of insertion compounds [e.g., spinel $LiMn_2O_4$ and layered $LiMO_2$ (M=Ni, Co, and Mn)]. Recently, some studies on mixing two different types of cathode materials to make a composite cathode have been reported, which were aimed at reducing cost and improving self-discharge. Numata et al. reported that when stored in a sealed can together with electrolyte at $80^{\circ}C$ for 10 days, the concentrations of both HF and $Mn^{2+}$ were lower in the can containing $LiMn_2O_4$ blended with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ than that containing $LiMn_2O_4$ only. That reports clearly showed that this blending technique can prevent the decline in capacity caused by cycling or storage at elevated temperatures. However, not much work has been reported on the charge-discharge characteristics and related structural phase transitions for these composite cathodes. In this presentation, we will report our in situ x-ray diffraction studies on this mixed composite cathode material during charge-discharge cycling. The mixed cathodes were incorporated into in situ XRD cells with a Li foil anode, a Celgard separator, and a 1M $LiPF_6$ electrolyte in a 1 : 1 EC : DMC solvent (LP 30 from EM Industries, Inc.). For in situ XRD cell, Mylar windows were used as has been described in detail elsewhere. All of these in situ XRD spectra were collected on beam line X18A at National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven National Laboratory using two different detectors. One is a conventional scintillation detector with data collection at 0.02 degree in two theta angle for each step. The other is a wide angle position sensitive detector (PSD). The wavelengths used were 1.1950 ${\AA}$ for the scintillation detector and 0.9999 A for the PSD. The newly installed PSD at beam line X18A of NSLS can collect XRD patterns as short as a few minutes covering $90^{\circ}$ of two theta angles simultaneously with good signal to noise ratio. It significantly reduced the data collection time for each scan, giving us a great advantage in studying the phase transition in real time. The two theta angles of all the XRD spectra presented in this paper have been recalculated and converted to corresponding angles for ${\lambda}=1.54\;{\AA}$, which is the wavelength of conventional x-ray tube source with Cu-$k{\alpha}$ radiation, for easy comparison with data in other literatures. The structural changes of the composite cathode made by mixing spinel $LiMn_2O_4$ and layered $Li-Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ in 1 : 1 wt% in both Li-half and Li-ion cells during charge/discharge are studied by in situ XRD. During the first charge up to ~5.2 V vs. $Li/Li^+$, the in situ XRD spectra for the composite cathode in the Li-half cell track the structural changes of each component. At the early stage of charge, the lithium extraction takes place in the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component only. When the cell voltage reaches at ~4.0 V vs. $Li/Li^+$, lithium extraction from the spinel $LiMn_2O_4$ component starts and becomes the major contributor for the cell capacity due to the higher rate capability of $LiMn_2O_4$. When the voltage passed 4.3 V, the major structural changes are from the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, while the $LiMn_2O_4$ component is almost unchanged. In the Li-ion cell using a MCMB anode and a composite cathode cycled between 2.5 V and 4.2 V, the structural changes are dominated by the spinel $LiMn_2O_4$ component, with much less changes in the layered $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, comparing with the Li-half cell results. These results give us valuable information about the structural changes relating to the contributions of each individual component to the cell capacity at certain charge/discharge state, which are helpful in designing and optimizing the composite cathode using spinel- and layered-type materials for Li-ion battery research. More detailed discussion will be presented at the meeting.