• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제2권3호
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• pp.146-151
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• 2011

The formation of Li-Si-O phases, $Li_4SiO_4$ and $Li_2SiO_3$ from the starting materials SiO and $Li_2O$ are analyzed using Vienna Ab-initio Simulation (VASP) package and the total energies of Li-Si-O compounds are evaluated using Projector Augmented Wave (PAW) method and correlated the structural characteristics of the binary system SiO-$Li_2O$ with experimental data from electrochemical method. Despite $Li_2SiO_3$ becomes stable phase by virtue of lowest formation energy calculated through VASP, the experimental method shows presence of $Li_4SiO_4$ as the only product formed when SiO and $Li_2O$ reacts during slow heating to reach $550^{\circ}C$ and found no evidence for the formation of $Li_2SiO_3$. Also, higher density of $Li_4SiO_4$(2.42 g $ml^{-1}$) compared to the compositional mixture $1SiO_2-2Li_2O$ (2.226 g $ml^{-1}$) and better cycle capacity observed through experiment proves that $Li_4SiO_4$ as the most stable anode supported by better cycleabilityfor lithium ion battery remains as paradox from the point of view of VASP calculations.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권8호
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• pp.2966-2976
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• 2023

A tritium breeder is a lithium-based material capable of producing tritium. Many researchers designing nuclear-fusion energy are studying tritium production using pebbles, which are solid-type breeders. The sphericity and size of the pebbles are critical in obtaining pebbles with good tritium-breeding efficiency. Furthermore, tritium-release efficiency can be increased by using pebbles with appropriate porosities. Promising raw materials for tritium-breeding materials include Li₄SiO₄ and Li₂TiO₃. Li₄SiO₄ has a higher lithium density than Li₂TiO₃ and exhibits excellent tritium-breeding efficiency. However, it has the disadvantage of being easily decomposed during the Li₄SiO₄-green-pebble sintering process because of its low structural stability at high temperatures and high lithium density. In this study, we attempted to determine the optimal conditions for manufacturing Li₄SiO₄ pebbles using the droplet-freeze-drying method. The optimal Li₄SiO₄ slurry conditions and sintering temperatures were determined. The optimal Li₄SiO₄ slurry-fabrication conditions were 3 wt% polyvinyl alcohol and 75 wt% Li₄SiO₄ based on the deionized-water weight content. The sintering temperature at which Li₄SiO₄ did not decompose and exhibited the optimum porosity of 10.8% was 900 ℃.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권5호
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• pp.398-402
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• 2012

Synthesis of $Li_2MnSiO_4$ was attempted by the conventional solid-state reaction method, and the phase formation behavior according to the change of the calcination condition was investigated. When the mixture of the three source materials, $Li_2O$, MnO and $SiO_2$ powders, were used for calcination in air, it was difficult to develop the $Li_2MnSiO_4$ phase because the oxidation number of $Mn^{2+}$ could not be maintained. Therefore, two-step calcination was applied: $Li_2SiO_3$ was made from $Li_2O$ and $SiO_2$ at the first step, and $Li_2MnSiO_4$ was synthesized from $Li_2SiO_3$ and MnO at the second step. It was easy to make $Li_2MnSiO_3$ from $Li_2O$ and $SiO_2$. $Li_2MnSiO_4$ single phase was developed by the calcination at $900^{\circ}C$ for 24 hr in Ar atmosphere as the oxidation of $Mn^{2+}$ was prevented. However, the $Li_2MnSiO_4$ was ${\gamma}-Li_2MnSiO_4$, one of the polymorph of $Li_2MnSiO_4$, which could not be used as the cathode materials in Li-ion batteries. By applying the additional low temperature annealing at $400^{\circ}C$, the single phase ${\beta}-Li_2MnSiO_4$ powder was synthesized successfully through the phase transition from ${\gamma}$ to ${\beta}$ phase.

• 전기화학회지
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• 제18권4호
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• pp.143-149
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• 2015

Planetary ball mill과 고상반응법을 사용하여 실리케이트계 탄소 코팅된 $Li_2MnSiO_4$ 양극활물질 분말을 합성하였으며 충방전 특성을 조사하였다. 전기화학적 활성을 지니는 ${\beta}-Li_2MnSiO_4$ 상을 형성하기 위하여 하소 온도와 분위기를 조절하였으며 ${\beta}-Li_2MnSiO_4$ 단일상에 가까운 탄소 코팅된 $Li_2MnSiO_4$ 활물질 분말을 제조할 수 있었다. 합성된 분말은 100 nm 정도 크기의 1차 입자가 뭉쳐있는 2차 입자 형태를 보였다. $Li_2MnSiO_4$ 활물질에서 Li의 삽입/탈리가 가능하려면 탄소의 첨가가 필요하였으며, 4.8 wt%의 탄소가 코팅된 $Li_2MnSiO_4$ 활물질에서 초기용량 192 mAh/g를 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권7호
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• pp.447-453
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• 2017

In this study, $Li_2MnSiO_4$ cathode material and LiPON solid electrolyte were manufactured into thin films, and the possibility of their use in thin-film batteries was researched. When the RTP treatment was performed after $Li_2MnSiO_4$ cathode thin-film deposition on the SUS substrate by a sputtering method, a ${\beta}-Li_2MnSiO_4$ cathode thin film was successfully manufactured. The LiPON solid electrolyte was prepared by a reactive sputtering method using a $Li_3PO_4$ target and $N_2$ gas, and a homogeneous and flat thin film was deposited on a $Li_2MnSiO_4$ cathode thin film. In order to evaluate the electrochemical properties of the $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films, coin cells using only a liquid electrolyte were prepared and the charge/discharge test was conducted. As a result, the amorphous thin film of RTP treated at $600^{\circ}C$ showed the highest initial discharge capacity of about $60{\mu}Ah/cm^2$. In cases of coin cells using liquid/solid double electrolyte, the discharge capacities of the $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films were comparable to those without solid LiPON electrolyte. It was revealed that $Li_2MnSiO_4$ cathode thin films with LiPON solid electrolyte were applicable in thin film batteries.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제40권6호
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• pp.752-756
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• 2002

PDP(Plasma Display Panel)용 녹색 형광체인 $Zn_2SiO_4:Mn$ 형광체의 제조에 있어 콜로이드 분무 열분해법을 도입하고, $Zn_2SiO_4$ wellimite 결정의 $Si^{4+}$ 자리를 치환하는 $Gd^{3+}/Li^+$ 부활성제를 첨가하여 형광체의 발광특성을 향상시키고자 하였다. 14 nm 크기의 fumed silica 입자를 규소 전구체로 도입한 콜로이드 분무열분해법에 의해서 제조되어진 $Zn_2SiO_4:Mn$ 입자는 응집이 없는 구형의 형상, 작은 입자 크기 및 좁은 입도 분포를 가졌다. $Gd^{3+}/Li^+$ 함량은 $Zn_2SiO_4:Mn$ 형광체 입자의 발광특성에 영향을 끼쳤으며, 적정한 함량의 $Gd^{3+}/Li^+$ 부활성제를 첨가함으로써 진공 자외선하에서 형광체의 발광휘도를 향상시키고, 잔광시간을 크게 줄일 수 있었다. 분무 열분해법에 의한 $Gd^{3+}/Li^+$이 코도핑된 $Zn_2SiO_4:Mn$ 형광체 입자의 제조에 있어서 후열처리 온도는 형광체의 발광특성을 결정짓는 주요한 인자이다. 0.1 mol%의 $Gd^{3+}/Li^+$ 부활제를 포함하고 $1,145^{\circ}C$ 온도에서 소결된 $Zn_2SiO_4:Mn$ 형광체 입자는 상업용 형광체에 비해 5% 높은 발광 휘도과 5.7 ms의 잔광시간을 가졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.324-324
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• 2010

핵융합의 고체형 증식(Helium Cooled Solid Breeder : HCSB) 블랑켓(Blanket Module)은 삼중수소 증식을 위해서 Li4SiO4, Li2TiO3, Li2O 및 Li2ZrO3 등의 페블이 고려되고 있다. 이러한 페블을 제조하기 위해서는 먼저 각각의 분말 제조가 선행되어야 한다. 한국의 Test Blanket Module(TBM)은 Li4SiO4 페블을 개발을 개발하여 사용할 예정이고 옵션으로 Li2TiO3 페블을 개발하는 것으로 되어 있다. Li4SiO4 페블을 개발하기 위해서 먼저 분말합성이 필수적이다. Li4SiO4 분말을 합성에 하기 위해서는 Lithium 금속염과 실리카 졸을 용매 및 폴리머 캐리어로서의 두 가지 기능을 하는 에틸렌글리콜에 첨가한 후 가열하여 완전히 용해시킨 후 혼합 용액을 건조시켜 겔형의 전구체를 제조한다. 이를 하소한 후 결정화시켜 Silicate 분말을 얻는데 이때의 건조, 하소 및 결정화 온도의 조건에 따른 분말의 크기 및 특성이 각각 다르다. 즉, 바인더 물질의 비율과 합성온도에 따라 특성이 약간씩 다른 분말을 얻을 수 있었다. 이렇게 얻어진 Silicate 분말은 지르코니아 볼을 이용하여 약 24 시간 동안 볼 밀링 과정을 통해 입도가 작은 미세한 Silicate 분말로 만들었다. 합성된 분말은 여러 가지 시험 및 분석을 통해서 검증되었으며, 불순물 등은 관찰되지 않았다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권12호
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• pp.4205-4209
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• 2011

The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ silicate was prepared by blending of $Li_2MnSiO_4$ and $Li_2FeSiO_4$ precursors with same molar ratio. The one of the silicates of $Li_2FeSiO_4$ is known as high capacitive up to ~330 mAh/g due to 2 mole electron exchange, and the other of $Li_2FeSiO_4$ has identical structure with $Li_2MnSiO_4$ and shows stable cycle with less capacity of ~170 mAh/g. The major drawback of silicate family is low electronic conductivity (3 orders of magnitude lower than $LiFePO_4$). To overcome this disadvantage, carbon composite of the silicate compound was prepared by sucrose mixing with silicate precursors and heat-treated in reducing atmosphere. The crystal structure and physical morphology of $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ was investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microscopy. The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$/C nanocomposite has a maximum discharge capacity of 200 mAh/g, and 63% of its discharge capacity is retained after the tenth cycles. We have realized that more than 1 mole of electrons are exchanged in $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$. We have observed that $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ is unstable structure upon first delithiation with structural collapse. High temperature cell performance result shows high capacity of discharge capacity (244 mAh/g) but it had poor capacity retention (50%) due to the accelerated structural degradation and related reaction.

• 한국안광학회지
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• 제7권2호
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• pp.27-31
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• 2002

4성분 $Li_2O-B_2O_3-Al_2O_3-SiO_2$ 유리들을 $R({\equiv}Li_2Omole%/B_2O_3mole%)$과 $K({\equiv}(Al_2O_3mole%+SiO_2mole%/B_2O_3mole%)$에 의해 제작하여 유리들의 구조를 굴절률 (refractive index)과 Vicker's 경도(hardness)의 변화를 측정하여 분석하였다. 먼저, 굴절률의 증가는 유리 내부구조의 분극률을 증가시키는 $Li^+$ 양이온 수의 증가에 우선적으로 의존하여 증가하였으며, 적은 양의 리튬 산화물($Li_2O$)이 첨가된 영역에서는 굴절률은 리튬 이온 양에 의존하며, 많은 양의 리튬 산화물이 첨가된 영역에서는 큰 몰 부피를 갖고 하나의 비가교 산소를 갖는 $BO_3{^-}$ 단위들의 형성으로 유리 구조 내의 몰 부피 증가로 유리들의 굴절률의 증가가 둔화되었다. 그리고 알루미늄 산화물($Al_2O_3$)과 규소 산화물($SiO_2$)의 증가에 따라 굴절률의 감소는 $Al_2O_3$와 $SiO_2$에 의해 형성되어진 $AlO_4$ 단위들과 $SiO_4{^-}$ 단위들이 붕소 산화물($B_2O_3$)에 의해 형성되어진 $BO_4$단위들보다 몰 부피의 증가로 감소되어졌다. 또한, 경도의 증가는 유리 망목구조에 형성되어지는 $BO_4$ 단위 수에 의존하였으며, 경도의 감소는 유리 망목구조를 개방화시키는 $BO_3{^-}$ 단위 수에 의존하여 감소함을 알 수 있었다.

• 새물리
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• 제68권11호
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• pp.1196-1202
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• 2018

고상 반응법을 이용하여 처음으로 $Li_2SrSiO_{4-{\alpha}}N_{\alpha}:Eu^{2+}$ 형광체를 제조하고, 제조된 시료들에 대한 결정성 및 광학적 특성을 비교, 분석하였다. 제조된 시료들은 모두 230~530 nm의 넓은 영역에서 효율적인 여기 특성을 보이고 있다. 본 연구에 사용된 시료들 모두 568 nm에서 최대 발광 세기를 보이는데 이는 현재 상용 중인 $YAG:Ce^{3+}$에 비하여 최대 발광 세기가 약 18 nm 장파장 영역으로 이동함을 의미한다. 따라서 450 nm의 빛을 발하는 청색 LED와 결합하면, $YAG:Ce^{3+}$를 사용하여 상용화된 기존의 백색광보다 보다 따듯한 느낌의 백색광원용 형광체로 활용될 수 있으리라 판단한다. 또한 질소의 원료 물질로 사용된 $Si_3N_4$의 분말크기가 마이크론인 경우에 광활성 이온인 $Eu^{2+}$가 첨가되지 않아도 모체발광이 일어난다는 것을 처음으로 알게 되었다.