• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.411-417
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• 2013

리튬 2차전지 음전극 활물질로 사용하기 위해, 실리콘(Si) 나노입자(평균입경 100 nm, 0~50 wt%)와 흑연 분말(평균입경 $15{\mu}m$)을 사용하여 볼밀링법으로 흑연-실리콘 복합체 분말을 제조하고 그 전기화학적 특성을 조사하였다. 실리콘 함량이 증가할수록 흑연은 볼밀링에 의해 입경이 작아지고 무정형 특성을 보이는 반면, 실리콘 입자는 나노결정성의 변화 없이 무정형 흑연 내에 싸여진 형태로 유지되었다. 저속 사이클릭 볼타메트리 특성상 0.2~0.35 V와 0.55~0.6 V에서 각각 흑연과 실리콘의 전형적 산화피크가 검출되었고 가역성도 우수(첫 사이클 제외)한 반면, 고속 거동에서는 사이클 반복에 따른 비가역성이 현저하게 나타났다. 또한 충방전 초기에는 큰 비가역 용량이 나타나지만 사이클 경과에 따라 감소하였으며, 특히 실리콘을 20 wt% 정도 포함하는 복합체가 50 사이클에서 약 485 mAh $g^{-1}$의 포화된 방전용량을 나타내었다. 이것은 실리콘을 싸고 있는 흑연의 무정형 상이 실리콘-리튬의 합금/탈합금에 따른 체적 변화를 안정적으로 완충할 수 있는 모폴로지가 재료의 적정 조성(흑연:실리콘=8:2 w/w)에 의해 형성되었기 때문이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권2호
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• pp.94-99
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• 2010

본 논문에서는 공정, 전압, 온도 변화에도 전하 펌프의 전류부정합을 자동으로 보정하기 위한 전하 펌프 구조를 제안한다. 일반적으로 위상 동기 루프의 위상 잡음 및 스퍼 성능을 향상시키기 위해서 전하 펌프의 전류부정합을 최소화해야 한다. 전류부정합을 보정하기 위해서 복제 전하 펌프로부터 전류 복사를 통해 어떠한 경우에도 실제 전류 차이만큼을 피드백 하도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 전하 펌프의 전류부정합을 해결하기 위한 여러 가지 방법 중에서도 상대적으로 간단한 회로로 구성할 수 있으며, 부정합 전류치를 그대로 복사하기 때문에 높은 정확도를 가진다. 기존에 제안되었던 방법들은 대부분 다이나믹 특성에 대한 성능이 부족하지만 본 논문에서 제안된 방법은 실시간으로 보정기능을 수행함으로써 다이나믹 특성에서도 우수한 성능을 가진다. 제안하는 전하 펌프는 $0.13{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계 되었으며, 면적은 $100{\mu}m\;{\times}\;160{\mu}m$이다. 1.2V의 공급전압에서 0.2V ~ 1V의 출력 전압 범위를 가진다. 충전 전류와 방전 전류는 $100{\mu}A$이며, PVT variation에 대한 전류 부정합은 1% 미만이다.

• 전력전자학회논문지
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• 제10권6호
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• pp.560-568
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• 2005

제안된 Multi-level PDP sustain Driver는 기존 L. Webber에 의해 제안된 방식에 비해 낮은 전압 rating을 갖는 소자를 사용하며 sustain 전압파형의 rising/falling 구간이 각각 2번의 공진에 의해 이루어진다. 본 논문에서는 rising time을 구성하는 3단계$(T_{r1},\;T_{i1},\;T_{r2})$의 변화에 따라 PDP의 방전 특성에 미치는 영향을 비교하고, 기존 LG전자의 상용화 제품인 42V6와 특성을 비교한다. 실험결과는 3단계의 rising time 중에 $T_{i1}$의 변화에 따른 특성 변화가 가장 크며, $T_{r2}$의 변화에 의한 영향도 있으며, $T_{r1}$의 변화에 따른 특성 변화는 거의 없다. 제안된 PDP driver는 $T_{r1}$이 60ns, $T_{i1}$이 120ns, $T_{r2}$가 350ns 인 경우, Full white display pattern에서 기존제품에 비해 휘도 $14.6\%$증가, 소비전력 $5.9\%$감소, panel 효율 $24.2\%$ 증가, module 효율 $21.2\%$증가 등 특성을 얻을 수 있었다. 실제 PDP module 응용에 적합할 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.36-42
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• 2019

유럽과 북미에서는 건물 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 가정용 에너지저장시스템(ESS)에 주목하고 있다. ESS는 배터리의 충전 및 방전을 통해 전력량을 저장 및 관리하는 시스템이다. ESS는 주파수 조정용, 신재생에너지 연계용 및 피크 저감을 위한 건물용으로 사용된다. PV 연계형 ESS는 발전 시간대의 부하에 공급하고 남은 PV 발전량을 저장하여 비발전 시간대의 부하에 공급함으로써 신재생 발전출력의 안정화를 기할 수 있다. 국내에서의 ESS 시장은 주파수 조정용, 신재생 발전출력 안정용 및 건물용으로 보급되고 있으나, 가정용 ESS는 시장이 아직까지는 형성되지 않고 있다. 낮은 전기요금, 가정용 누진요금체계 및 ESS의 높은 가격 때문인 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 가정용 ESS의 보급방안을 검토하고자, HOMER를 이용하여 가정용 전기요금, 가정용 ESS 가격, PV 모듈 가격을 변수로 국내 공동주택 세대 단위에서 활용할 수 있는 PV연계 가정용 ESS의 경제성을 분석하고자 한다. 분석결과, 현재 가격 조건에서는 PV 연계 ESS를 설치하는 것보다 저렴한 계통전기를 사용하는 것이 경제적이므로 보조금 없이 ESS를 활용하기에는 어렵다. 공동주택용 ESS의 시장은 세대 PV 발전용량이 증가해야 하며, 소용량의 ESS가 개발되어야만, 시장이 열릴 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.884-889
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• 2018

본 연구에서는 리튬이온커패시터의 음극으로 polyaniline $(PANI)/WO_3$ 전극을 제조하고, 이의 전기화학적 특성을 측정, 분석하였다. $WO_3$ 전극 표면에 PANI를 전기화학적으로 담지 하였을 때 PANI의 용량이 더해져 $WO_3$ 전극보다 충, 방전 용량이 향상되었다. 한편, 충, 방전 시 태양광을 조사하여 충, 방전 용량과 쿨롱 효율(coulombic efficiency)에 빛 조사가 미치는 영향을 파악하였다. $WO_3$ 전극과 $PANI/WO_3$ 전극에 태양광을 조사하였을 때, 두 전극의 충, 방전 용량과 쿨롱 효율은 태양광을 조사하지 않았을 때보다 증가하였다. 이는 $WO_3$가 빛 조사에 의해 광전자를 생성하여 전극의 전기화학적 특성에 영향을 주기 때문으로 해석되며, $PANI/WO_3$의 경우 PANI 또한 빛에 의해 여기 될 수 있어 전극의 특성이 변하게 된다. 빛 조사에 의해 추가로 생성된 광전자가 $Li^+$ 이온의 삽입(intercalation)에 사용되어 용량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 전극의 전도성을 높여 쿨롱 효율을 향상 시키는 것으로 여겨진다. $PANI/WO_3$는 충, 방전을 반복하여 진행하게 되면 PANI의 불안정성으로 인해 용량이 점차 감소되게 되지만, 빛 조사 시에는 생성된 광전자와 정공으로 인한 산화-환원 반응에 의해 PANI의 안정성이 크게 향상되어 충, 방전 용량의 감소없이 안정적으로 유지되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.789-793
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• 2021

리튬이차전지는 매우 우수한 차세대 에너지 저장장치이다. 하지만, 전해액 내에 존재하는 미량의 수분과 리튬염의 분해에 의해 충방전이 진행됨에 따라 용량이 감소하게 되고, 고온인 경우 이 현상은 더욱 악화된다. 많은 연구자들이 싸이클 성능향상을 위한 연구는 활발히 진행되고 있지만, 근본적인 문제인 수분 및 HF를 제거하는 연구는 많이 진행되고 있지 않다. 본 연구에서는 이를 해결하기위해, 수분 및 HF가 흡착이 가능한 실란계 물질을 분리막에 도입하였다. 우선 아미노실란(APTES, 3-Aminopropyltriethoxysilane)이 코팅된 실리카를 제조 후 에폭시 실란(GPTMS, (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane)과 반응을 시켜 표면에 실란이 위치한 실리카를 합성하였다. 실란이 코팅된 세라믹 코팅층을 다공성 폴리에틸렌에 코팅을 하여 세라믹 코팅된 분리막을 제조하였다. FT-IR, TEM을 이용하여 실란이 코팅된 세라믹층의 성분분석, 형상분석을 실시하였으며, 분리막의 세라믹층을 확인하기위해 SEM 분석을 실시하였다. 또한, 제조된 분리막의 60 ℃ 싸이클 성능을 평가하기위해 LMO 반쪽 전지를 제조하였다. GPTMS가 도입된 분리막은 안정적인 고온 싸이클 성능을 보였으며, 이러한 기술은 향후 고온 싸이클 성능을 개선하기 위한 하나의 방법이 될 수 있을 것이다.

• 한국융합학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.331-337
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• 2022

전기자동차용 배터리 하우징 소재로 사용되고 있는 금속 소재에서 경량소재로 대체하기 위한 열가소성복합재료를 제조하였다. 매트릭스 소재는 고분자 소재인 나일론 6를 사용 하였으며 방열 성능을 부여하기 위해 열전도도가 높은 Boron Nitrate(BN)를 사용하였다. 동일한 필러의 함량 및 입자 크기에 따른 열전도성 고분자 복합재료의 방열 특성을 분석하였다. 필러의 함량이 증가할수록 열전도도 값이 증가하였으며, 입자크기가 60~70㎛인 BN의 함량이 50%인 복합재료의 경우 1.4W/mK 이상 열전도도를 나타내었다. 입자 크기가 클수록 입자 간 계면 접촉면이 넓어져 Thermal path가 이루어짐을 확인하였다. 제조된 열전도성 고분자복합재료를 이용하여 배터리 하우징을 제작하였으며 셀의 충방전 동안 온도 변화를 관찰하여 배터리 하우징의 대체 소재로서의 가능성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.184-192
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• 2022

수열합성을 통해 합성한 다공성 NiO는 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제하기 위하여 리튬-황 전지의 전극에 사용되었다. 리튬-황 전지의 전극은 경제적이고 간단한 진공 여과 방법을 이용하여 집전체와 바인더가 없는 프리스탠딩 플렉서블 전극으로 제작되었다. 다공성 NiO를 첨가한 S/CNT/NiO 전극은 순수 S/CNT 전극에 비해 125 mA h g^-1 증가한 877 mA h g^-1 (0.2 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후 84% (S/CNT: 66%)의 우수한 용량 유지율을 나타내었다. 이는 방전 과정 중에서 NiO와 리튬 폴리설파이드의 강한 화학적 결합에 의하여 리튬 폴리설파이드의 전해질로 용출되는 것을 억제하여 나타난 결과이다. 또한 S/CNT/NiO 전극의 유연성 테스트를 위해 1.6 × 4 cm²의 파우치셀로 제작하여 폴딩한 상태와 하지 않은 상태에서 모두 620 mA h g^-1의 안정적인 사이클 특성을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.574-581
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• 2022

리튬-황 전지의 기능성 중간층으로 그래핀과 Mo₂C/Mo₂N 나노입자로 구성된 나노섬유(Mo₂C/Mo₂N rGO NFs)를 사용하였다. Mo₂C/Mo₂N 나노입자는 섬유 구조 내 고르게 분산되어 리튬 폴리설파이드의 화학적 흡착을 위한 활성 사이트 역할을 함으로써 전해질로의 용출을 효과적으로 억제하였다. 또한 구조 내 매트릭스로 구성된 그래핀 나노시트는 충방전이 진행되는 동안 이온 및 전자의 빠른 이동을 보장할 뿐만 아니라 반응 시 산화/환원 반응을 원활하게 하여 높은 리튬 폴리설파이드의 재사용을 보장하였다. 그 결과 Mo₂C/Mo₂N rGO NFs로 코팅된 분리막을 기능성 중간층으로 사용, 순수 황 전극(황 함량 70 wt%, 황 로딩 2.1 mg cm^-2)으로 제작된 리튬-황 전지는 0.1 C에서 400회 충방전 후 476 mA h g^-1의 안정적인 방전 용량을 나타냈으며, 1.0 C의 높은 전류밀도에서도 574 mA h g^-1의 방전용량을 나타내었다. 본 연구에서 제안된 나노구조체 합성 전략은 고성능 리튬-황 전지 용 기능성 중간층 및 다양한 에너지 저장 소재분야로의 확장이 가능하다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제8권11호
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• pp.215-222
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• 2018

본 논문에서는 슈퍼커패시터를 적용한 에너지 저장장치에 대해서 연구하였다. 납축전지등을 사용하였던 기존방식과는 다르게 슈퍼커패시터를 사용하여 고출력을 달성할 수 있으며, 이러한 특징으로 인하여 연구된 저장장치는 비상전원용 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전력품질 개선이나 짧은 순간에 큰 출력을 요구하는 고속 기동용 모터등의 전원시스템으로도 사용이 가능한 장점이 있다. 에너지변환 시스템은 양방향 인버터와 컨버터로 구성되어 고속, 고출력의 충전, 방전을 수행할 수 있는 장점도 있다. 양방향 인버터를 이용한 two loop 제어기 설계 방법이 제시되었고, 실험과 제작을 통해 설계 방법의 정합성을 입증하였다. 설계 순서는 먼저 상태공간 평균화 기법과 Decoupling 기법을 이용하여 선형화된 전달함수를 계산하였다. 다음 20% 오버슈트와 안정시간을 만족시키는 전류 제어기 설계를 한 후에 오버슈트 없는 전압과 10배 이상 느린 안정시간을 가지는 전압제어기를 설계한 후 단위계단응답 커브를 통해 원하는 설계특성이 나오는 지를 확인하는 과정으로 이루어진다. 설계된 제어기들은 계통과 단위 역률을 이루며 제어되기 때문에 전력품질 향상을 이룰 수 있으며, 빠른 응답특성과 정상상태 오차를 0으로 만들 수 있는 우수한 제어특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.