• 자원리싸이클링
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• 제28권5호
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• pp.3-18
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• 2019

청정에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 리튬이온배터리의 소비가 꾸준히 늘어날 것으로 예상된다. 따라서 전세계적으로 리튬의 안정적 공급이 중요한 문제가 되고 있다. 저품위 광석, 점토, 해수 그리고 폐리튬이온배터리 등과 같은 다양한 자원으로부터 리튬의 회수를 위한 공정과 기술들이 개발되어져 왔지만, 대부분의 리튬은 간수와 스포듀민 광석으로부터 상업적으로 생산되고 있다. 특히, 휴대폰과 전기자동차(EVs)를 포함한 여러 분야에서 발생하고 있는 사용 후 리튬이온배터리에 대한 재활용 기술들의 상용화는 많은 잠재력을 가지고 있다. 본 고찰은 폐리튬이온배터리에 대하여 새롭게 개발된 리튬 회수 공정과 더불어 광물과 간수를 이용하기 위한 상용공정 및 최신 기술들을 소개한다. 아울러 미래의 리튬 공급이 기술적인 관점에서 논의된다. 저품위 광석으로부터 리튬 회수를 위하여 개발되고 있는 최신공정들은 주로 건식+습식 제련에 기반을 둔 접근방법에 초점을 두고 있으며, 단지 몇몇 방법들만이 안정화 되었다. 리튬이온배터리의 소비(현재 생산되는 리튬의 56%)에 비교하여 리튬의 낮은 재활용율(1% 미만) 때문에 2차 자원의 처리는 굉장한 기회로서 앞을 내다보는 것일 수 있다. 또한 탄소경제, 환경과 에너지에 대한 우려를 생각해 볼 때, 습식제련공정이 이러한 이슈를 해결할 수 있을 것이다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제10권7호
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• pp.199-204
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• 2021

디지털변전소는 전력망 지능화를 위해 감시, 계측, 제어·보호, 운전 등 변전소를 구성하는 전력설비 기능과 통신방식을 국제표준인 IEC61850 기반으로 디지털화한 변전소를 말한다. 지능화된 운영시스템을 기반으로 효율적인 전력설비의 감시제어가 가능하며, 사고 발생 시 자동 복구 기능과 원격제어가 가능해 신속한 전력 장애 복구가 가능하다. 디지털 기술의 발달과 친환경 신재생에너지 및 전기차의 도입이 확대 되면서 직류 배전시스템의 보급이 확대될 전망이다. MVDC는 기존 송전계통에 적용되는 HVDC와 수용가에서의 LVDC 사이의 전압 레벨 및 전송용량을 갖는 직류 선로를 활용한 시스템이다. 대부분의 전력설비들이 교류 중심인 기존변전소의 기존 선로를 직류 선로로 변환하면 송전 손실 감소 및 더 큰 전류 용량이 확보된다. 디지털변전소의 프로세스 버스는 베이 레벨과 프로세스 레벨의 설치된 장치 간을 연결하는 이더넷스위치 등의 통신장비로 구성된 통신네트워크이다. 기존 디지털변전소에 MVDC 연계를 위해 프로세스 레벨을 교류부와 직류부로 나누어 두 개의 버스로 구성을 하였고 감시, 제어만 아니라 진단 IED와 연계되어 종합적으로 관리할 수 있는 시스템을 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권6호
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• pp.74-79
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• 2019

군용차량은 별도의 발전기 장착공간을 마련하지 않고 엔진과 연결되어 발전하는 엔진일체형 직렬 하이브리드 발전기를 통해 전력을 생산한다. 그러나 발전기와 엔진 간 연결 방식이 가지는 기계적 특성에 따라 내부 방청 및 윤활용 그리스가 비산하여 산화철이 발생했다. 산화철이 시동기에 고착되어 시동성능이 저하되고 기어마모에 따른 레틀 소음이 증대되는 문제가 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 엔진의 연결 스플라인 재질 및 표면처리를 개선하고 형상을 그리스 밀봉형으로 변경하여 내부의 산화철 발생을 방지하였다. 축계를 구성하는 발전기 연결기의 형상이 변경됨에 따라 비틀림 내구 시험을 통해 구조의 건전성을 확인하였다. 또한 실차 부하시험을 통하여 내부 부식 없이 목표한 내구수명 동안 부식이 발생하지 않음을 검증하였다. 그리스 비산 방지구조가 실제로 산화철의 발생을 억제함으로써 발전기에서 발생하는 소음을 감소시키는지 확인할 수 있었다. 본 논문은 엔진과 변속기 사이에 장착하는 직렬 하이브리드 발전기에서 발생하는 배부 부식을 방지하여 시동기의 성능저하 현상과 소음 발생 현상에 대한 근본적인 해결방안을 제시하였다고 할 수 있다.

• 한국HCI학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.49-60
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• 2019

자율주행차량에서 전기자동차의 등장까지 자동차 산업은 급속도로 변화하고 있다. 이러한 변화 속에서 운전자가 자동차를 어떻게 제어하고 안전과 편의를 얻을 것인가에 대한 HMI 연구는 더욱 중요해지고 있다. 본 연구는 차량 제조사들이 어떠한 관점으로 주행상황을 이해하고 있으며, 운전자의 인터랙션을 어떻게 정의하고 한계 짓는가에 대해 이해하고자 하였다. 이를 위해 HMI에 대한 선행 연구를 리뷰하였으며, 15인의 참가자가 직접 5개 제조사의 차량을 실제 도로에서 운전하고 인터페이스를 사용해보는 온로드 연구를 수행하였다. 연구 결과를 통해 본 연구는 주행 중 운전자가 쉽게 제어할 수 있는 버튼과 스위치 류가 제조사별로 상이했으며, 주행 중 보다 집중적으로 제어할 수 있는 버튼과 제어하기에 어려운 버튼이 존재함을 확인하였다. Audi 차량은 '컨트롤러의 선택과 집중', BMW 차량은 '드라이빙 중심의 최적화', Benz의 차량은 '단순화와 최소화', Lexus의 차량은 '조작분산의 제거', KIA의 차량은 '시각적 안정감'을 HMI의 특징적 키워드로 도출할 수 있었다. 이것은 각 제조사들이 운전자의 드라이빙 제어 영역에 대한 정의와 해석이 다름을 보여준다. 본 연구는 외관으로 드러나지 않는 차량별 HMI의 특성을 실제 주행상황에서 파악해보았다는 점에서 기존의 연구와 차별적인 의미를 갖는다. 군집주행, 자율주행과 같은 주행환경의 변화와 HMI의 변화에서도 실제 주행을 통해 인터랙션의 차이를 확인해보는 본 연구의 접근이 유용하게 활용될 수 있기를 기대한다.

• 전기화학회지
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• 제22권3호
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• pp.87-103
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• 2019

현재 상용화되어 있는 리튬이온전지에 사용하고 있는 비수계 유기 전해액은 가연성, 부식성, 고휘발성, 열적 불안정성 등의 단점 때문에 더욱 안전하고 장수명을 보이는 고체 전해질로 대체하는 연구가 진행되고 있으며, 이것은 전기자동차 및 에너지저장 시스템과 같은 중대형 이차전지에도 효율적으로 활용될 수 있다. 다양한 형태의 고체 전해질 중에서 현재 고분자 매트릭스에 활성 무기 충진재가 포함되어 있는 복합 고체 전해질이 고이온전도도와 전극과의 탁월한 계면접촉을 이루는데 가장 유리한 것으로 알려졌다. 본 총설에서는 우선 고체 전해질의 종류와 연혁에 관해 간단히 소개하고, 고분자 및 무기 충진재 (불활성 및 활성)로 구성되는 고체 고분자 전해질 및 무기 고체 전해질의 기본적 물성 및 전기화학적 특성을 개괄한다. 또한 이 소재들의 형상을 기준으로 입자형 (0D), 섬유형 (1D), 평판형 (2D), 입체형 (3D)의 형식으로 구성된 복합고체 전해질과 이에 따른 전고체 전지의 전기화학적 특성을 논의한다. 특히 리튬금속 음전극을 사용하는 전고체 전지에 있어서 양전극-전해질 계면, 음전극-전해질 계면, 입자간 계면의 특성에 관해 소개하고, 마지막으로 현재까지 보고된 관련 총설들을 참조하여 복합 고체 전해질 기술의 현재 요구조건 및 미래 전망을 알아본다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.85-99
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• 2021

'꿈의 소재'로 불리는 그래핀이 4차 산업혁명 시대를 선도할 획기적인 신소재로 주목받고 있다. 그래핀은 높은 강도와 탁월한 전기 및 열 전도율, 뛰어난 광학적 투과도, 우수한 기체 차단 등 특성을 지닌다. 본 논문에서는 최근 우리 정부의 그린 및 디지털 뉴딜 정책과 코로나19 팬데믹 관련 바이오센서로도 주목받는 그래핀 기술을 분석해 국가 R&D 동향과 지식구조를 파악하고 활용 가능성을 모색한다. 이를 위해 우리나라 국가과학기술지식정보서비스에서 최근 10년간의 국가R&D 과제정보 4,054건을 수집해 그래핀 관련 과제정보 동향을 분석한다. 또 이 가운데 정부의 그린뉴딜 정책과 관련된 녹색기술분류에 해당하는 과제도 함께 분석한다. 이와 더불어 국내 전문지 e신문에서 최근 500건의 그래핀 관련 기사를 수집해 텍스트마이닝 분석을 수행한다. 이러한 국가R&D 과제정보 및 신문기사를 분석한 결과 그래핀을 소재로 한 국가 전체 R&D과제 중 과제 수가 가장 많은 분야가 고효율 2차전지기술로 나타났고, 전체 연구비에서 차지하는 비중도 1위로 가장 높았다. 이번 연구결과를 통해 향후 우리나라가 그래핀 기술개발을 선도해 전기자동차는 물론이고 휴대폰 배터리, 차세대 반도체, 5G 및 바이오센서 분야 등 전 산업군에서 세계적인 선도국으로 도약하기를 기대한다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.33-38
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• 2021

리튬계 이차전지의 수요는 휴대전화 및 전기자동차 등의 관련 산업의 폭발적인 성장과 더불어 크게 증가하고 있으며, 한국은 전 세계 이차전지 사업의 40%를 점유하는 리튬 이차전지 제조 강국이다. 폐기된 리튬 이차전지의 경우 대부분은 스크랩 형태로 유가금속 회수 차원에서 재활용되고 있으나, 코발트와 니켈 등 유가금속 회수 후 폐액은 잔류 리튬 농도에 따라 일부 폐기되고 있으며, 제조 공정 시 발생하는 폐액에 관한 연구는 전무하다. 뿐만 아니라 리튬 이온 농도에 의한 수계 오염 가능성에 관한 연구는 시도되지 않았으며 해마다 공공하수처리시설의 방류수 수질기준은 엄격해지고 있다. 본 연구에서는 고성능 장시간 목적으로 사용되는 고니켈계 NCM 양극재 제조 공정에서 전극 코팅을 위한 공정에서 발생하는 폐액에 대하여 분석하고, 폐액 처리공정에 대한 과정을 제시하였다. 제안한 제조 공정 폐액 처리 공정별 리튬 이온의 농도 및 pH 영향에 따른 수질오염 척도인 생태독성과의 연관성에 대하여 수질검사와 함께 물벼룩 생태독성 시험을 통해 상관관계를 분석하였다. 또한, 다른 산업군의 생태독성 시험과의 비교를 통해 향후 리튬 공장 폐액에 대한 현실적인 처리 방안에 대하여 서술하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.25-36
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• 2021

온실가스 배출량을 줄이기 위해 내연기관 자동차에 대한 제한을 두고, 친환경자동차 보급 확대 정책을 내놓고 있다. 수소 전기자동차의 수소는 가연 범위 및 폭발 범위가 넓고, 폭발화염 전파속도가 매우 빠른 가연성 가스이기 때문에, 제조, 수송, 저장 시 누출, 확산, 점화 및 폭발 등의 위험성을 가지고 있다. 수소전기자동차의 연료탱크에는 폭발 등 위험성을 감소시키기 위해 온도감응식 압력방출장치(Thermally activate Pressure Relief Device, TPRD)가 있어, 사고가 발생했을 경우 폭발, 화재 등이 발생하기 전에 탱크 내부의 수소를 밖으로 방출한다. 그러나 지하주차장이나 터널과 같은 반밀폐공간에서 사고가 발생할 경우 공간 내 기류의 유동이 개방된 공간보다 미미하기 때문에 TPRD로부터 방출된 수소가스의 농도가 폭발하한계 이상으로 누적될 수 있는 등 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 TPRD의 노즐의 직경에 따라 시간에 따른 수소의 누출 유량을 분석하고, 반밀폐공간에서 수소가 누출될 경우 수소 농도변화를 수치해석으로 검토하였다. 노즐의 직경은 1 mm, 2.5 mm, 5 mm로 검토를 하였으며, 노즐 직경에 따라 지하주차장 내의 수소농도는 노즐의 직경이 클수록 빠른 시간에 농도가 높아지며, 최대값 또한 노즐 직경이 클수록 큰 것으로 분석되었다. 기류가 정체된 지하주차장에서는 노즐 주변에서 폭발하한계 이상의 수소 농도가 분포하는 것으로 분석되었으며, 폭발상한계를 넘지는 않는 것으로 분석되었다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제20권6호
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• pp.84-99
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• 2021

마이크로 모빌리티 시장 규모가 성장함에 따라 오르막길 정보를 포함한 경로 안내에 대한 수요가 증가하고 있다. 전동모터에 따라 등판 각도가 다르므로 임계치 기준별 오르막길 정보구축이 필요하다. 도로의 선형정보는 주행의 안전성과 쾌적성을 좌우하는 매우 중요한 요소임에도 전자지도에 종단 경사도에 대한 정보는 부재하다. 자율주행차 시대를 대비하여 구축 중인 정밀도로지도는 기존 국가표준 노드링크와는 달리 고도정보를 추가 생성하였으나 일부 구간에만 고도정보가 있고 도로의 종단경사를 생성할 수 있는 정보는 여전히 부족한 실정이다. 이 연구에서는 현재 활용할 수 있는 데이터를 이용하여 도로의 종단 경사도를 산출하는 방안으로 국내 수치표고모델의 고도정보를 도로의 링크 정보와 매칭하는 방법을 제시하였다. 서울시 표준링크를 기준으로 4m 단위의 고도를 생성한 후 단위 거리당 개별 경사도를 산출하였다. 이를 활용하여 도로 링크 별로 대표 경사도를 부여한 후 마이크로 모빌리티가 운행할 수 없는 도로와 폭설시 노면이 미끄러워 운행할 수 없는 도로를 선정하였다. 또한, 도로 기반정보로 활용하는 수치표고모델의 한계점과 이슈를 설명하여 실제 활용 시 주의할 사항들을 기술하였다. 향후에는 본 연구의 결과를 바탕으로 기존에 부재했던 도로의 종단 경사 정보를 활용하여 다양한 융합 분석을 할 수 있기를 기대한다.

• 공업화학
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• 제33권1호
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• pp.58-63
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• 2022

흑연은 낮은 탈/리튬화 전압, 372 mAh/g의 높은 이론 용량, 낮은 가격 및 긴 수명 특성을 가져 지난 30년 동안 리튬이 온전지 음극 재료로 활용되었다. 최근 무기 고체 재료로 구성되어 높은 안정성을 가지는 전고체 리튬이온전지는 전기자동차 및 차세대 에너지 저장 장치로 엄청난 주목을 받고 있지만, 전고체 리튬이온전지 시스템에 잘 구동되는 흑연 연구는 부족한 실정이다. 그래서 우리는 탄소재료 표면에 존재하여 저항층으로 작용하는 비정질 탄소를 흑연으로부터 제거하여 흑연의 전기전도도 향상을 통해 황화물계 전고체 전지 음극 흑연 재료의 성능 향상을 유도했다. 400, 500 및 600 ℃ 공기 열처리된 흑연의 X-ray diffraction (XRD) 분석 결과, (002) 피크 반치폭(FWHM)이 bare 흑연보다 줄어들어 열처리 후 흑연의 결정성이 향상됨을 보였다. 또한 열처리 후 흑연의 결정성이 증가할수록 방전 용량, 초기 쿨롱효율(ICE) 및 수명 특성이 증가함을 확인했다. 500 ℃ 공기 열처리 한 흑연의 경우 331.1 mAh/g 및 ICE 86.2%와 10사이클 수명 측정 후 92.7%의 높은 용량 유지율을 나타내었다.