• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.88.2-88.2
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• 2011

본 연구는 아연/공기전지 설계기술 개발을 위한 기초 연구로서 전산해석을 이용하여 전해질 유동에 따른 아연/공기전지의 성능 예측에 관한 것이다. 전산해석모델은 전기화학 방정식과 유체유동 방정식으로 구성하였으며, 화학종 반응에 관한 지배방정식으로는 Nernst-Planck식을 이용하였고 전극표면의 전기화학반응은 Butler-Volmer식을 이용하였다. 또한 유체유동 방정식은 Navier-Stoke식을 적용하여 전해질 유동에 따른 전기화학적 성능 변화를 모사하였다. 아연/공기전지 성능 평가 실험으로부터 얻은 I-V 곡선과 전산해석결과와의 비교/분석을 통하여 전기화학모델의 타당성을 검증하였으며, 유체 유동 방정식과의 연동해석을 적용하여 전해질 유입 위치 및 유입 속도에 따른 아연/공기전지의 성능 변화를 조사하였다. 아연/공기전지의 성능은 전해질 유입 위치가 아연극에 가까울수록, 유입 속도가 빠를수록 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.74.1-74.1
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• 2010

수치해석을 이용하여 형상 및 운전 조건에 따른 금속공기전지의 전기화학적 성능 변화를 조사하였다. 저전류밀도 영역에서의 전지 성능은 농도손실에 의한 영향이 미미하므로 활성화 손실과 저항손실만을 고려한 수치해서 모델을 적용하였다. 지배방정식은 전기전도식을 이용하였으며 전극 표면의 활성화손실을 모사하기위해 아연극(음극)에는 butler-volmer식을, 공기극(양극)에는 tafel식을 적용하였다. 실험결과와의 비교/분석을 통하여 수치해석 모델의 타당성을 검증하였다. 또한, 아연극과 공기극 사이의 간격과 전해질 농도 변화에 따른 아연공기전지 내부에서의 전류밀도분포를 조사하였으며, 분극곡선을 통해 전기화학적 성능을 평가하였다.

• 전기화학회지
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• 제5권2호
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• pp.74-78
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• 2002

아연공기전지는 공기중의 산소를 사용하므로 cathode의 재활용이 가능하다는 장점이 있으며 아연의 이론용량이 820(mAh/g)으로 상당히 높다. 그러나, 아연공기전지는 cathodf치 기공이 너무 작으면 외부로부터 유입되는 산소량이 부족하여 전지의 방전전압이 낮아지는 결과를 초래하게 되며 cathode에 포함되어 있는 도전재의 함량에 따라 저항 및 기공율에 많은 변화를 보이고 있다. 이에 본 연구에서는 전지의 용량, 출력특성, 방전전압, DC저항, ASTM에 의한 기공율 측정을 통해 도전재의 종류 및 함량이 아연공기전지에 미치는 영향을 연구하였으며, Super P의 도전재를 $5wt\%$ 첨가하였을 때 가장 우수한 전지특성을 얻을 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제6권3호
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• pp.203-207
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• 2003

아연공기전지는 공기중의 산소를 사용하므로 cathode의 재활용이 가능하다는 장점이 있으며 아연의 이론용량이 820(mAh/g)로 상당히 높다 또한 아연공기전지는 저율방전에서 방전말기까지 아주 평탄한 방전전압을 유지한다. 그러나, 고율방전에서는 방전전압이 낮아지고 에너지가 감소하며 cathode에 포함되어 있는 PTF도의 함량에 따라 저항 및 기공율에 많은 변화를 보이고 있다. 이에 본 연구에서는 전지의 에너지, 방전용량, 방전전압, DC저항, GSM, ASTM에 의한 기공율 측정을 통해 cathode내의 PTFE함량이 아연공기전지에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 결합제의 함량이 감소할수록 전지의 특성이 향상되었으며 $15wt\%$일 때 가장 우수한 전지특성을 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.74.2-74.2
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• 2010

전세계는 $CO_2$ 규제강화와 에너지의 효율적 사용에 대한 사회적, 경제적 요구가 증대되면서 친환경 에너지 설비와 지능형 전력망(smart grid)가 크게 예상되고 있다. 이에 따라 기존 내연기관에 근거한 발전산업 및 자동차 산업은 필연적으로 청정에너지 기반의 전기에너지로 점진적으로 대체될 것으로 판단된다. 따라서, 청정 발전 시스템의 보급 확대와 기존 에너지의 효율적 사용을 위해서 2차전지 기반의 전력저장 기술과 연료전지 기반의 분산발전 기술이 향후 미래에너지 산업의 근간이 되는 중요한 기술들로 부상하게 되었다. 아연/공기전지는 현재는 연료전지 개념의 1차전지에 기술수준이 머물러 있지만 향후 미래에는 기존의 리튬이온전지의 낮은 에너지밀도를 극복할 수 있는 미래 2차전지 기술의 하나로 평가받고 있다. 본 연구에서는 이러한 연료전지 개념의 아연/공기전지에 대하여 기존의 수소연료전지 기반의 분산발전 분야에 적용한다면 약 1/10 이하의 가격으로 조기에 시장진입이 가능할 것으로 판단하여 사전 타당성 연구 및 대면적화를 위한 기초 설계인자 연구를 수행하였다. 연구결과, 소형 단전지부터 약 800cm2까지의 대면적 단전지까지 대면적화를 위한 기초연구를 실시하였으며, 4개의 cell로 구성된 최고출력 90W급 전해질 순환형 미니스택 시스템을 구성하여 발전시스템으로서의 가능성과 문제점 등을 도출하였다. 이러한 시험결과를 바탕으로 25개의 cell로 구성된 약 1kW 급 스택을 설계하여 향후 소형 발전시스템을 제작하고자 하였다.

• 멤브레인
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• 제22권3호
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• pp.208-215
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• 2012

PVA와 PAA블랜드의 용액주조법을 통하여 겔 고분자 전해질막이 제조되었다. 블랜드 내의 PAA함량은 30에서 80 wt% 사이 범위에서 조절되었다. 겔 고분자 전해질을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 제조된 겔 고분자 전해질의 기계적, 전기적 특성을 인장실험과 임피던스 실험을 통하여 측정하였다. 아연공기전지의 성능은 current interrupt method와 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 겔 고분자 전해질 내의 PAA함량이 증가함에 따라 인장강도 및 인장탄성계수가 감소하였다. 반면, PAA함량의 증가에 따라 겔 고분자 전해질막의 이온전도도는 증가하였다. 이와 같은 이온전도도의 증가의 아연공기전지 내에서의 효과는 current interrupt method와 정전류 방전실험에서 확인되었다. PAA함량이 높은 겔 전해질막으로 제조된 전지는 낮은 IR손실과 높은 방전용량을 보였다.

• 공업화학
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• 제10권2호
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• pp.177-182
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• 1999

대기중의 이산화탄소가 공기-아연전지에 미치는 영향을 검토하기 위하여 수산화칼륨 수용성 전해액을 공기와 접촉시킨 다음 시간의 경과에 따라 전해액중의 탄산칼륨 농도를 분석하여 전지 용량과의 관계를 규명하고자 하였다. 전해액은 공기와 접촉하는 시간이 경과함에 따라 대기중의 이산화탄소 흡수로 인하여 탄산칼륨의 농도가 증가하였으나 이에 비례하여 전지의 용량은 선형적으로 감소하였다. 이산화탄소의 흡수반응속도는 소수성 막의 세공크기가 주 인자로 작용하였으며, 세공크기를 조절한 소수성 막을 사용한 결과 이산화탄소 흡수로 인한 전지용량 열화현상을 현저히 감소시킬 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제14권4호
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• pp.231-238
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• 2011

수치해석을 이용하여 아연공기전지의 전기화학적 성능을 예측하였다. KOH 수계전해질 내부의 이동현상을 예측하기 위하여 Nernst-Planck식을 사용하였고, 전극 표면의 활성화손실을 모사하기 위해 아연극(음극)에는 Butler-Volmer식을, 공기극(양극)에는 Tafel식을 적용하였다. 정상상태해석을 통하여 아연/공기전지의 I-V곡선을 도출하였으며, 실험결과와의 I-V곡선 비교/분석을 통하여 수치 해석 모델의 타당성을 검증하였다. 전지반응 진행에 따른 전해질 내부의 이온 이동 및 분포 특성을 조사하기 위해 과도상태해석을 수행하였으며, 전극주변에서의 ${Zn(OH)_4}^{-2}$, $OH^-$, $K^+$ 이온들의 농도변화를 확인할 수 있었다. 또한, 다양한 전지전압조건 하에서 반응시간에 따라 아연극 표면에서의 ${ZnOH_4}^{2-}$의 농도 변화를 해석한 결과, 반응진행시 아연극 표면에서 ${ZnOH_4}^{2-}$의 농도가 최고성능을 나타내는 운전전압 0.63 V에서 약 1초 만에 포화농도에 도달하였으며, 일반적인 운전조건인 1.04 V에서는 약 13초 만에 포화농도에 접근하는 것으로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제24권3호
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• pp.231-239
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• 2014

아연공기전지의 분리막으로 사용하기 위한 Polyetherimide (PEI) 재질의 막을 제조하였다. 막의 제조는 상전이법을 통하여 이루어졌으며, 캐스팅 용액은 PEI, n-methylpyrolidone (NMP) 및 polyvinylpyrolidone (PVP)으로 이루어졌다. 제조한 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 캐스팅 용액 내의 PEI 함량과 캐스팅 용액에 대한 PVP 첨가량이 분리막의 모폴로지, 기계적 강도와 이온전도도에 미치는 영향은 각각 SEM, 인장강도실험 및 임피던스 실험을 통하여 측정, 평가하였다. 아연공기전지의 전기화학적 성능은 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 중의 PEI 함량이 증가함에 따라 분리막의 기계적 강도는 증가하였으며, 캐스팅 용액에의 PVP 첨가는 분리막의 기계적 강도에 큰 영향을 미치지 않았다. 용액 내의 PEI 함량이 증가하면서 분리막의 이온전도도는 감소하였다. 용액에 PVP를 첨가하는 데에 있어서 첨가량 10 wt%까지는 첨가량의 증가에 따라 분리막의 이온전도도는 증가하였다. PVP 첨가량이 10 wt%에서 이온전도도는 0.1 S/cm의 최대값을 보인 후 추가의 첨가에 따라서는 이온전도도가 감소하였다. 분리막의 이온전도도는 공기아연전지의 용량에 큰 영향을 미쳤으며, 높은 이온전도도를 갖는 분리막으로 제조한 전지가 높은 용량을 보였다.

• 멤브레인
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• 제24권1호
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• pp.10-19
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• 2014

본 연구에서는 아연공기전지용 분리막으로 사용하기 위한 다공성 막을 Polyethersulfone (PES) 용액의 상전이법을 이용하여 제조하였다. 캐스팅 용액은 PES/polyvinylpyrrolidone(PVP)/N-methylpyrrolidone(NMP) 용액으로 그리고, 비용매는 물을 사용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 분리막의 모폴로지는 캐스팅 용액 내의 PES 및 PVP의 함량을 통해 조절하였다. 제조된 분리막의 기계적 특성, 이온전도도 및 모폴로지는 인장실험, impedance 실험 및 SEM을 이용하여 측정하였다. 아연공기전지의 성능은 current interrupt method (CIM)와 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 내의 PES 함량이 증가함에 따라 기계적 강도는 증가한 반면 이온전도도는 감소하였다. 반면, 캐스팅 용액 내의 PVP 함량이 증가함에 따라 이온전도도는 증가하였지만 기계적 강도는 감소하였다. 이와 같은 이온전도도 경향의 아연공기전지 내에서의 효과는 current interrupt method와 정전류 방전실험에서 확인되었다. PES 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 높은 IR 손실과 낮은 방전용량을 보였으며, PVP 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 낮은 IR손실과 높은 방전용량을 보였다.