• Carbon letters
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• 제22권
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• pp.70-80
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• 2017

Activated carbons (ACs) have been used as electrode materials of electric double-layer capacitors (EDLC) due to their high specific surface areas (SSA), stability, and ecological advantages. In order to make high-energy-density ACs for EDLC, petroleum pitch (PP) pre-carbonized at $500-1000^{\circ}C$ in $N_2$ gas for 1 h was used as the electrode material of the EDLC after KOH activation. As the pre-carbonization temperature increased, the SSA, pore volume and gravimetric capacitance tended to decrease, but the crystallinity and electrode density tended to increase, showing a maximum volumetric capacitance at a medium carbonization temperature. Therefore, it was possible to control the crystalline structure, SSA, and pore structure of AC by changing the pre-carbonization temperature. Because the electrode density increased with increasing of the pre-carbonization temperature, the highest volumetric capacitance of 28.4 F/cc was obtained from the PP pre-carbonized at $700^{\circ}C$, exhibiting a value over 150% of that of a commercial AC (MSP-20) for EDLC. Electrochemical activation was observed from the electrodes of PP as they were pre-carbonized at high temperatures above $700^{\circ}C$ and then activated by KOH. This process was found to have a significant effect on the specific capacitance and it was demonstrated that the higher charging voltage of EDLC was, the greater the electrochemical activation effect was.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.547-553
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• 2015

For commercialization of fuel cell electric vehicles, one of the key objectives is to reduce cost of full stack assembly. Regarding Membrane Electrode Assembly, the major issue is to improve fuel cell activation process in the initial Hydrogen Oxidation Reaction and Oxygen Reduction Reaction. In this research, the VD (Vacuum Drying) process has been developed for improvement of activation process. The VD condition is developed by controlling the temperature and degree of vacuum to remove the remaining solvent of electrode. Consequently, the electrode applied to VD process showed the low characteristics such as 3.5% of remaining solvent content and the improved efficiency such as 15% of activation process speed.

• 한국재료학회지
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• 제26권9호
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• pp.460-467
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• 2016

Activated carbons (ACs) have been used as EDLC (electric double-layer capacitor) electrode materials due to their high specific area, stability, and ecological advantages. In order to prepare ACs with high density and crystallinity, coal tar pitch (CTP) was activated by $K_2CO_3$ and the textural and electrochemical properties of the obtained ACs were investigated. Although the CTP ACs formed by $K_2CO_3$ activation had much smaller specific surface area and pore volume than did the CTP ACs formed by KOH activation, their volumetric specific capacitance (F/cc) levels as electrode materials for EDLC were comparable due to their higher density and micro-crystallinity. Structural characterization and EDLC-electrode performance were studied with different activation conditions of $CTP/K_2CO_3$ ratio, activation temperature, and activation period.

• 공업화학
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• 제31권6호
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• pp.639-645
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• 2020

레독스흐름전지(redox flow battery, RFB)의 구성 부품 중 전극은 전해액의 확산층 역할을 함과 동시에 전자의 통로 역할을 담당하여 출력에 직접적인 영향을 미치는 주요 부품이다. 본 연구는 Fe2+/Fe3+와 V2+/V3+를 레독스 커플로 사용한 RFB 시스템에 chloric/sulfuric mixed acid 지지 전해액을 사용한 경우 전극 종류 및 활성화 정도에 따른 용량, 쿨롱 효율, 에너지 효율을 비교하여 최적의 전극 및 활성화 정도를 제시하였다. 실험에 사용된 5종의 탄소 전극을 사용한 단일셀 평가에서 모두 이론 용량에 근사한 값을 보여 신뢰성을 확보하였으며, 사용된 전극 중 GFD4EA는 상대적으로 우수한 에너지 효율 및 충방전 용량을 나타내었다. 활성화 온도에 따른 전기화학적 성능 고찰을 위하여 GFD4EA 전극을 공기 분위기 하에서 400, 450, 500, 600 및 700 ℃에서 열처리하여 활성화하였다. 질량 변화, 주사전자현미경(SEM) 및 XPS 분석을 통하여 활성화 전 후의 물성 변화를 관찰하였으며, 각각의 온도에서 활성화된 전극을 적용한 RFB 단일셀 평가를 실시하여 전기화학적 성능을 비교하였다.

• 전자공학회논문지D
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• 제35D권10호
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• pp.83-90
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• 1998

MOS 캐패시터의 게이트 전극을 비정질 상태의 실리콘으로 형성하여 GOI(Gate Oxide Integrity)특성에 미치는 불순물 활성화 열처리의 효과를 조사하였다. LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법으로 증착한 비정질 실리콘 게이트 전극은 활성화 열처리에 의하여 다결정 실리콘 상태로 구조가 변화하며, 불순물 원자의 활성화가 충분히 이루어졌다. 또한, 비정질 상태의 게이트 전극은 커다란 압축 응력(compressive stress)을 가지지만, 활성화 열처리 온도가 700℃에서 900℃로 증가함에 따라서 응력이 완화되었고 게이트 전극의 저항도 감소하는 특성을 보였다. 또한 얇은 게이트 산화막의 신뢰성 및 산화막의 계면특성은 활성화 열처리 온도에 크게 의존하고 있었다. 900℃에서 활성화 열처리를 한 경우가 700℃에서 열처리한 경우보다 산화막내에서의 전하 포획 특성이 개선되었으며, 산화막의 신뢰성이 향상되었다. 특히, TDDB 방법으로 예측한 게이트 산화막의 수명은 700℃의 열처리에서는 3×10/sup 10/초였지만, 900℃에서의 열처리에서는 2×10/sup 12/초로 현저하게 개선되었다. 그리고, 산화막 계면에서의 계면 전하 밀도는 게이트의 응력 완화에 따라서 개선되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.58-61
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• 2023

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cells)는 초기 성능향상을 위해 활성화(Activation) 과정이 필수적이다. 제일 많이 사용되는 활성화 방법은 전압변화(부하변화) 방법으로 과잉으로 진행될 경우 전극 촉매 열화를 동반할 수 있다. 많은 활성화 과정에서 전압변화 범위를 0.4 V에서 OCV 까지 넓은 범위에서 활성화를 진행시키는데 전극 촉매 열화 방지와 활성화 시간을 단축시키기 위해 전압변화 범위를 감소시키는 연구가 필요하다. 그래서 본 연구에서는 활성화 전압범위를 0.4~0.6 V, 0.4~0.8 V, 0.4~OCV로 했을 때 성능과 전극, 고분자막의 특성 변화를 분석해 효과적인 활성화 방법을 연구개발하고자 하였다. 0.4 V에서 제일 높은 OCV 까지 전압 범위를 넓힌 활성화에서 성능 향상도 제일 낮고 56 사이클 활성화 했을 때 활성화 전보다 오히려 성능이 10% 감소했다. 0.4~0.6 V 활성화 사이클에 의해 성능이 최고 20%까지 제일 높게 향상되고 과잉 활성화에 의한 성능 감소도 제일 작아서 최적 임을 보였다.

• 공업화학
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• 제23권5호
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• pp.445-449
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• 2012

고분자 전해질막 연료전지의 대량 생산을 위하여 막-전극 접합체(MEA) 활성화 방법의 개발이 중요한 현안이다. 현재 개발된 MEA활성화 방법은 시간이 많이 소요됨으로 인해 수소의 사용량 또한 증가하여 연료전지의 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 통상적인 활성화 방법은 활성화 원리를 주로 전해질 수화 관점에서 이해하였다. 반면, 본 논문에서 제안된 순환전압전류(cyclic voltammetry, CV) 활성화 방법은 전해질 및 촉매적 관점에서 별도로 분리하여 이해하였다. 따라서 전해질 관점에서는 상대 습도 100%인 가습된 질소를 공급하여 전극 및 막의 전해질을 수화시키는 과정으로 구성되고, 촉매적 관점에서는 CV 사이클을 수행하여 백금 촉매에 흡착되어 있는 불필요한 오염물질, 또는 산화피막을 제거하는 과정으로 수행된다. CV 활성화법은 2.5 h 내에 활성화가 종료되어 활성화 시간을 크게 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소 사용량도 기존 활성화 방법에 비하여 1/4 이하로 감소시킬 수 있어서 효과적인 연료전지 활성화 방법으로 제안하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.13-18
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• 2024

웨어러블 디바이스용 유연 전극 소재 개발을 위해 탄소섬유 토우(carbon fibers tow)의 전처리에 따른 전기화학적 특성을 조사하고, 이를 활용하여 포도당을 타겟으로 전기화학적 비효소 센서를 제작하였다. 탄소섬유 토우는 탈사이징(desizing)과 활성화(activation) 공정을 통해 전처리 되었으며, 활성화는 화학적 산화와 전기화학적 산화의 두 가지 방법으로 이루어졌다. 전처리된 샘플은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 표면 분석되었으며, 전기화학적 특성 및 센싱성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. 탄소섬유 토우는 전처리를 통해 감소된 R_et와 ΔE_p, 증가된 I_p 등 향상된 전기화학적 특성을 보였으며, 두 활성화 방법에서는 유사한 전기화학적 특성이 얻어졌다. 본 연구에서는 전기화학센서 적용을 위해 전기화학적으로 활성화된 탄소섬유 토우를 최종 전극 물질로 선정하였다. 이 전극을 기반으로 제작된 비효소적 포도당 검출 센서는 0.09899~3.754 mM과 3.754~50 mM의 선형 구간에서 각각 0.744 mA/mM과 0.330 mA/mM 정도의 향상된 감도를 보였다. 본 연구를 통해 탄소섬유 토우의 전극 소재로서 사용 가능성을 확인했으며, 고성능 유연 전극 소재 개발에 기초 연구로 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제2권3호
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• pp.131-135
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• 2011

It is, in general, believed that during the activation process, the proton conductivity increases due to wetting effect and the electrochemical resistance reduction, resulting in an increase in the fuel cell performance with time. However, until now, very scant information is available on the understanding of activation processes. In this study, dominant variables that effect on the performance increase of membrane electrode assemblies (MEAs) during the activation process were investigated. Wetting, pore restructuring and active metal utilization were analyzed systematically. Unexpectedly, the changes for both ohmic and reaction resistance characterized by the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) after initial wetting process were much smaller when considering the degree of cell performance increases. However, the EIS spectra represents that the pore opening of electrode turns into gas transportable structure more easily. The increase in the performance with activation cycles was also investigated in a view of active metals. Though the particle size was grown, the number of effective active sites might be exposed more. The impurity removal and catalytic activity enhancement measured by cyclic voltammetry (CV) could be a strong evident. The results and analysis revealed that, not merely wetting of membrane but also restructuring of electrodeand catalytic activity increase are important factors for the fast and efficient activation of the polymer electrolyte fuel cells.

• Carbon letters
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• 제16권2호
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• pp.78-85
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• 2015

Activated carbons (ACs) were prepared by activation of coal tar pitch (CTP) in the range of $700^{\circ}C-1000^{\circ}C$ for 1-4 h using potassium hydroxide (KOH) powder as the activation agent. The optimal activation conditions were determined to be a CTP/KOH ratio of 1:4, activation temperature of $900^{\circ}C$, and activation time of 3 h. The obtained ACs showed increased pore size distribution in the range of 1 to 2 nm and the highest specific capacitance of 122 F/g in a two-electrode system with an organic electrolyte, as measured by a charge-discharge method in the voltage range of 0-2.7 V. In order to improve the performance of the electric double-layer capacitor electrode, various mixtures of CTP and petroleum pitch (PP) were activated at the optimal activation conditions previously determined for CTP. Although the specific capacitance of AC electrodes prepared from CTP only and the mixtures of CTP and PP was not significantly different at a current density of 1 A/g, the AC electrodes from CTP and PP mixtures showed outstanding specific capacitance at higher current rates. In particular, CTP-PP61 (6:1 mixture) had the highest specific capacitance of 132 F/g, and the specific capacitance remained above 90% at a high current density of 3 A/g. It was found that the high specific capacitance could be attributed to the increased micro-pore volume of ACs with pore sizes from 1 to 2 nm, and the high power density could be attributed to the increased meso-pore volume.