• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.211-221
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• 2023

본 연구는 에너지 저장 응용을 위한 PVI-PGMA/LiTFSI 고분자 막 전해질 및 CxNy-C 유연 전극의 합성 및 특성에 관한 연구이다. 이중 기능을 갖는 PVI-PGMA 공중합체는 우수한 이온 전도성을 나타내었으며, PVI-GMA73/LiTFSI200 막 전해질은 1.0 × 10^-3 S cm^-1의 최고 전도도를 달성하였다. CxNy-C 전극의 전기화학적 성능을 체계적으로 분석하였으며, C3N2-C는 나노와이어와 다면체로 구성된 높은 연결성을 갖는 하이브리드 구조와 이중 Co/Ni 산화물을 포함하여 풍부한 산화환원 활성 부위와 이온 확산을 용이하게 하는 특징으로 인해 958 F g^-1의 최고용량 및 최소한의 전하 전달 저항(R_ct)을 달성하였다. 흑연 탄소 껍질의 존재는 충전-방전 동안 높은 전기화학적 안정성에 기여하였다. 이러한 결과들은 고성능 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터 및 리튬 이온 전지와 같은 첨단 에너지 저장 장비에 PVI-PGMA/LiTFSI 고분자 막 전해질과 CxNy-C 전극을 활용하는 잠재력을 보여주었으며, 지속 가능하고 고성능의 에너지 저장 기술을 더욱 발전시키는 길을 열어가고 있다.

• 한국결정성장학회지
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• 제33권5호
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• pp.167-173
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• 2023

출발원료인 바나듐 산화물을 이용한 Li₃V₂(PO₄)₃를 제조하기 위해 N₂H₄·H₂O를 환원제로 사용하였고 낮은 전기 전도성을 개선하기 위하여 알긴산을 탄소원으로 사용하여 직접 공침법을 통해 단사정계 Li₃V₂(PO₄)₃/C 복합체의 양극 활물질을 합성하여 전기화학 특성을 비교하였다. 구형에 가까운 형상으로 대략 1~2 ㎛의 균일한 입자 크기와 좁은 입도분포를 가지는 Li₃V₂(PO₄)₃을 얻을 수 있었다. 또한 제조한 Li₃V₂(PO₄)₃/C 복합체의 양극 활물질은 Li₃V₂(PO₄)₃ 보다 초기 방전용량의 개선과 안정적으로 용량을 유지하는 사이클 특성이 우수하여 탄소 복합체 형성으로 인해 양극 활물질의 전기화학적 성능이 향상하는 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권3호
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• pp.262-268
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• 2024

본 연구에서는 고성능 리튬이온전지용 음극 소재로써 2차원 구조의 티타늄 카바이드(MXene)와 나노 실리콘의 정전기적 결합을 통한 MXene/Si 음극 복합소재를 제조하였다. LiF/HCl을 이용하여 Ti₃AlC₂ MAX를 에칭해 Ti₃C₂T_x MXene을 제조하였으며, 정전기적 결합을 형성하기 위해 나노 실리콘의 표면을 CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide)을 활용하여 양전하로 대전하였다. MXene/Si 음극 복합소재는 제조된 MXene과 대전 된 실리콘의 간단한 혼합 공정을 통해 성공적으로 제조되었다. 제조된 복합소재의 물리적 특성과 전기화학적 특성을 MXene과 실리콘의 조성비에 따라 조사하였으며, 전극의 안정성을 평가하기 위해 충·방전 사이클 후의 전극 표면을 분석하였다. MXene/Si 복합소재는 MXene 대비 실리콘 조성 비율이 2, 3 및 4로 증가할수록 1962.9, 2395.2 및 2504.3 mAh/g의 높은 초기 방전용량을 나타내었다. MXene과 실리콘 조성비가 1 : 4인 MXene/Si-4는 100 사이클에서 1387.5 mAh/g의 가역 용량과 74.5%의 용량 유지율을 나타내었으며, 4.0 C의 높은 율속에서도 700.5 mAh/g으로 높은 용량을 발현하였다. 이러한 결과를 통해 정전기적 결합으로 제조된 MXene/Si 복합소재는 고성능 리튬이온배터리용 음극소재로 적용 될 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권2호
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• pp.182-186
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• 2014

두 종류의 집전체(BP, bipolar plate)를 사용하여 바나듐 레독스-흐름 전지(V-RFB, vanadium redox-flow battery)의 성능을 평가하였다. V-RFB의 성능평가는 $60mA/cm^2$의 전류밀도에서 진행하였다. A 집전체를 사용한 V-RFB의 기전력(SOC 100%에서의 OVC)은 1.47V, B 집전체를 사용한 V-RFB의 기전력은 1.54V를 나타냈다. A 집전체를 사용한 V-RFB의 셀 저항은 충전시에 $4.44{\sim}5.00{\Omega}{\cdot}cm^2$을, 방전시에 $3.28{\sim}3.75{\Omega}{\cdot}cm^2$를 보였으며, B 집전체를 사용한 V-RFB의 셀 저항은 충전시에 $4.19{\sim}4.42{\Omega}{\cdot}cm^2$, 방전시에 $4.71{\sim}5.49{\Omega}{\cdot}cm^2$를 나타냈다. 각 집전체를 사용한 V-RFB의 성능은 5회 충방전 실험을 진행하여 평가하였다. A 집전체를 사용한 V-RFB는 평균 전류효율 93.1%, 평균 전압효율 76.8%, 평균 에너지효율 71.4%를 나타냈으며, B 집전체를 사용한 V-RFB는 평균 전류효율 96.4%, 평균 전압효율 73.6%, 평균 에너지효율 71.0%를 나타냈다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권6호
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• pp.649-656
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• 2011

자동차용 리튬이온전지(lithium-ion batteries)의 성능향상 및 효과적인 셀 설계를 위한 준 2 차원 (pseudo-2-dimension) 해석 모델을 개발하였다. 전지 내부에 리튬, 리튬이온, 전자의 거동 및 계면에서 전해질과 활물질의 리튬이온 농도와 전기적 포텐셜 차이에 의한 전기화학 반응량 등을 계산할 수 있는 $Newman^{(1,2)}$ 모델을 기반에 변수 추정을 위한 최적화 기능을 추가하였다. 이 전기화학모델을 이용해 설계 변수, 재료의 물성 값 등의 의한 충/방전 특성을 계산할 수 있으며, 위치와 시간에 따른 전위, 농도, 생성전류량 등을 알 수 있다. 역으로 최적화 기능을 이용하여 실험에서 얻은 충/방전 곡선과 계산 값의 오차를 최소화하는 방법으로 측정이 어려운 물성값 추정이 가능하며 이를 이용하여 셀 성능 열화에 영향을 주는 변수 및 열화도를 예측할 수 있다. SB 리모티브에서 측정된 열화 과정의 방전 곡선들을 이용하여 최적화 해석을 수행하여 전지의 반복수명열화가 음극 및 양극활물질의 반응면적 및 전해질에 확산계수의 열화에 의한 것임을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.157-162
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• 2016

다공성 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막은 전위제어 전착법을 이용하여 티타늄 메쉬에 여러 전착전위(-0.75, -1.0, -1.2 및 -1.4 V)에서 전착하여 슈퍼커패시터에 이용하였다. 티타늄 메쉬에 전착된 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막의 두께 및 전착량은 전착전위의 제어에 의해 결정되었고 -1.4 V에서 전착한 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막의 두께는 약 $34{\mu}m$로 가장 두껍게 전착되었으며 전착량은 17.2 g이다. 전착전위 -0.75, -1.0, -1.2 및 -1.4 V에서 전착한 경우 초기 방전용량은 각각 226, 370, 720 그리고 $1,008mF\;cm^{-2}$으로 나타났고 1,000 사이클 후 각각 206, 349, 586 그리고 $866mF\;cm^{-2}$으로 나타났다. 또한 이들의 용량유지율은 각각 91, 94, 81 및 86%로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.330-334
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• 2013

실크 견직물 표면에 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP)와 실리카 나노입자의 혼합물을 코팅한 분리막을 제조하고 분리막에 전해액을 함침시켜 리튬이온전지용 분리막 겸 전해질로 사용하기 위한 특성이 조사되었다. 코팅막의 제조 시에는 전해액이 침투할 수 있는 미세다공의 형성을 심화시키기 위해 dibutylphthalate (DBP) 가소제의 함량을 변화시키면서 코팅된 분리막의 이온전도도, 함습율, 전기화학적 안정성 등을 조사하였고, 이를 리튬 이온전지에 탑재하여 여러 전류속도에 대한 충방전 특성도 함께 측정하였다. 결과적으로 실리카가 첨가되고 DBP를 40~50 wt% 사용하여 코팅된 실크 분리막이 가장 우수한 분리막 특성 및 고율 충방전 특성을 나타내었다. 이는 (i) 실크 견직물의 우수한 내구성과 내열성 이외에 (ii) DBP에 의한 미세다공 형성, (iii) 실리카에 의한 함습율 향상 등에 의해 코팅막의 표면적 및 코팅된 분리막의 이온전도도가 크게 향상되었기 때문이다.

• 접착 및 계면
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• 제22권1호
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• pp.1-7
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• 2021

신재생 에너지 발전을 통한 안정적인 전력 공급을 위해 대용량 에너지 저장 장치의 중요성이 최근 부각되고 있다. 이러한 관점에서 차세대 이차 전지인 Na-air battery (NAB)는 풍부하고 저렴한 원재료를 통해 대용량을 구현할 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 Hybrid type Na-air battery를 위한 활성탄 기반 촉매들을 제조하여 이들의 특성을 비교 분석하였다. 특히, 자원 재활용의 관점에서 버려진 오렌지 껍질을 사용하여 활성탄(Orange-C)과 이를 질소를 이용하여 도핑한 활성탄(N-doped-Carbon, Nd-C)을 제조하였으며, 널리 사용되고 있는 Vulcan카본과 성능을 비교하였다. 또한, 제조한 활성탄(Nd-C)이 지지 촉매로 활용 가능한지 확인하기 위해 수정된 폴리올법을 사용하여 Pt/C 촉매(homemade-Pt/C, HM-Pt/C)를 합성하였으며, 상용화된 Pt/C 촉매(Commercial Pt/C)와 전기화학적 성능을 비교하였다. 제조된 Orange-C와 Nd-C는 전형적인 H3 타입 BET isotherm을 보였으며, 이는 마이크로 기공과 메조기공이 존재한다는 증거이다. 또한, HM-Pt/C의 경우, 활성탄(Nd-C) 지지 촉매 위에 Pt 입자가 고르게 분포하고 있음을 TEM 분석을 통해 확인할 수 있었다. 특히, HM-Pt/C 기반의 NAB의 경우, 1st galvanostatic charge-discharge 시험에서 가장 작은 Voltage gap (0.224V)과 우수한 Voltage efficiency (92.34%)를 보였다. 또한, 20사이클 동안 진행한 사이클 성능 시험에서도 가장 안정적인 성능을 보였다.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.515-521
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• 2023

본 연구에서는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 열분해하여 얻은 폐 탄소섬유를 이용하여 기상 불소화를 통해 불화탄소를 제조하고 리튬일차전지의 환원극 소재로 재활용하고자 하였다. 먼저 열분해로 얻은 폐 탄소섬유의 물리화학적 특성을 파악하였으며, 이 폐 탄소섬유에 기상 불소화 효과를 평가하기 위하여 불화탄소의 구조적, 화학적 특성을 분석하였다. XRD 분석에 의해 폐 탄소섬유의 육각망탄소 적층구조(002피크)는 기상 불소화의 온도가 증가함에 따라 점차 불화탄소 구조(001피크)로 전환되었음을 확인하였다. 이 불화탄소를 이용하여 제조된 리튬일차전지의 방전용량은 최대 862 mAh/g이었다. 이는 다른 탄소 재료로 제조한 불화탄소 기반 리튬이온차전지의 방전용량과 비교하였을 때 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 폐 CFRP 기반 폐탄소섬유를 이용한 불화탄소는 리튬일차전지의 환원극 소재로 활용할 수 있을 것으로 여겨진다.

• 공업화학
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• 제21권2호
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• pp.211-216
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• 2010

우레아와 포름산을 이용한 균일침전법으로 $(NH_4)_{0.3}V_2O_5$ 및 $V_2O_5$ 나노소재를 합성한 후 TGA, SEM, FT-IR, XRD, 선형 전압전류법 등을 이용하여 물성과 전기화학적 특성을 조사하였다. 평균 층간 거리는 우레아 첨가 유무에 따라 $10.7{\AA}$, $14.2{\AA}$로 각각 나타났다. 또한 표면구조는 합성 시 우레아가 첨가된 소재는 나노로드, 포름산만 첨가된 시료는 나노쉬트 모양의 단위체가 형성되었다. $95^{\circ}C$에서 우레아를 첨가하여 제조한 $(NH_4)_{0.3}V_2O_5$ 나노소재의 전지용량은 평균 280 mAh/g 이상이었다.