• 공업화학
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• 제35권3호
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• pp.255-259
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• 2024

본 연구에서는 음극 활물질로 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate, POM)인 규소텅스텐산(tungstosilic acid, TSA)과 양극 활물질로 염화 철(iron chloride)을 사용하고, 지지 전해질 황산(H₂SO₄) 수용액을 이용한 수계 레독스 흐름 전지(redox flow battery, RFB)를 구성하였다. 운전 결과에 따르면 용량 저하와 낮은 에너지 효율을 보이는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 양극 활물질에 유기화합물 첨가제인 말산(malic acid)를 첨가하여, 첨가제에 따른 전기화학적 특성과 셀 충방전 테스트를 진행하였다. 말산은 염화 철 수용액에서 킬레이트제로 작용하였으며, 말산내 두 개의 카르복실기가 철 이온과 효과적으로 배위결합을 형성한다. 이는, 양극 활물질인 염화 철의 전해질 저항을 줄어들게 하여 화학적으로 안정화되어 용량과 에너지 효율의 증가를 이끌어냈다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.307-312
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• 2017

본 연구에서는 PFO (pyrolyzed fuel oil)를 이용해 탄소 전구체(피치)를 얻은 후 KOH와 $K_2CO_3$를 이용한 화학적 활성화를 통해 표면 개질한 카본의 전기화학적 특성을 분석하였다. 탄소 전구체는 3903, 4001, 4002의 세 종류를 사용하였으며, 각 각 PFO를 $390^{\circ}C$ 3 시간, $400^{\circ}C$ 1시간, $400^{\circ}C$ 2 시간 열처리 하여 제조하였다. 또한 화학적 활성화 실험은 활성 촉매의 종류, 교반시간 등을 변화시키면서 비표면적 및 기공크기 등의 물성이 전기화학적 특성에 미치는 효과를 조사 하였다. 제조된 표면개질 PFO 피치의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 통해 분석되었으며, 음극 소재로서의 전기 화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 속도 테스트를 통해 조사되었다. 화학적 활성화법을 이용해 제조한 카본의 평균 기공크기는 22 nm, 비표면적은 $3.12m^2/g$의 결과를 얻었다. 세 가지 개질된 석유계 피치를 음극소재로 사용하여 조사된 전기화학적 특성은 4001 피치가 가장 우수한 것으로 나타났으며, 이 때 표면개질 조건은 KOH를 사용하여 2시간 교반 후 화학적 활성화법에 의하여 열처리 하였다. KOH를 이용한 표면개질 PFO 피치를 사용해 제조한 전지의 초기 용량은 318 mAh/g, 초기효율은 80%로 우수한 결과를 보였으며, 2C/0.1C 속도 테스트 특성은 92%로 높은 특성을 보였다.

• 새물리
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• 제68권12호
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• pp.1315-1323
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• 2018

본 연구에서는 폐 커피분말을 열처리 조건에 따른 탄화과정을 거쳐 리튬 이온 이차전지의 음극 활물질 재료로 응용하기 위한 실험을 진행하였다. 이차전지의 음극 활물질로 사용한 커피분말은 커피 껍질이 아닌 커피 알맹이로부터 얻은 것으로, 커피를 내리고 남은 커피분말을 공기 중에서 건조하고 $Ar/H_2$ 분위기에서 열처리하여 기공(pore)이 있는 활성 탄소 분말 형태로 얻을 수 있었다. 전기화학적인 특성을 조사한 결과 약 0.2 V에서 Li의 삽입, 0.01 V에서 Li의 탈리가 관찰되었다. $700^{\circ}C$에서 열처리된 시료에 대해 1000 mA/g의 전류밀도로 1000 사이클 충방전 후 측정된 비용량은 303 mAh/g 이었으며 99.5% 이상의 쿨롱(Coulomb) 효율을 나타내었다. 폐 커피분말을 이용한 리튬이온이차전지는 기공으로 인한 표면적 증가와 이온 및 전자전도 특성 개선으로 전기화학적인 성능 향상을 보였으며, 또한 재활용을 통한 전지 제조 가격을 낮출 수 있는 이점이 있다.

• 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.

• 공업화학
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• 제35권2호
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• pp.140-147
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• 2024

바이오매스 활용을 높이기 위하여, 열처리 공정을 통해 강아지풀 기반 리튬 이온 이차 전지용 탄소음극재(SV-C)를 제조한 뒤 전기화학적 성능을 고찰하였다. 강아지풀의 열처리 온도가 750 ℃로 낮을 때 낮은 결정성과 높은 비표면적(126 m²/g)과 함께, 표면에 많이 존재하는 산소의 (-) 전하가 리튬을 끌어당김으로 인하여 비정전용량(1003.3 mAh/g, at 0.1 C)이 높지만, 용량 유지율은 61.0% (at 500 cycles and 1 C)로 낮아지는 것으로 여겨진다. 또한, 열처리온도가 1150 ℃로 증가하면 탄소층이 축합되어 배열이 우수해짐에 따라 구조 결함이 감소하여 기공이 크게 줄어 비표면적(32 m²/g)이 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 음극재 표면결함이 감소하여 결정성이 높아지게 되면, 용량 유지율은 89.7% (at 500 cycles and 1 C)로 높지만, 결함 정도가 작아 활성점이 줄어들어 비정전용량이 471.7 mAh/g로 매우 낮은 것으로 여겨진다. 본 연구 범위에서, 열처리 온도에 따라 제조된 강아지풀 기반 탄소음극재의 경우, 비표면적에 비해 표면 산소 함량과 결정성 등이 음극재의 전기화학적 특성에 더 높은 신뢰도를 갖는 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.187-190
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• 2012

고분자전해질연료전지(PEMFC)에서 음극 공기에 의한 이온오염은 막전극 합체(MEA)의 성능을 심각하게 열화시킨다. 본 연구에서는 산업단지, 길가, 해변의 공기 중 이온 농도를 측정하였다. 이들 지역에서 $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$와 $Fe^{3+}$ 이온 농도가 비교적 높았다. 가습수로부터 이들 이온이 cathode에 유입되어 MEA 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 수돗물을 가습수로 사용해 170시간 운전한 후 MEA 성능이 초기의 11%로 감소하였다. 이들 오염 이온들이 수소이온보다 전해질 막의 슬폰산기와 친화력이 더 강해 전해질 막에 쉽게 이온 교환된 결과다. MEA 중에서 전극/막 계면에서 이온 오염이 MEA 성능저하에 미치는 영향이 제일 컸다.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.350-358
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• 2020

본 연구에서는 다공성 탄소 전극의 음극과 양극 표면에 각각 양이온교환고분자(Nafion)와 음이온교환고분자(aminated polyphenylene oxide, APPO)를 코팅하여 막 결합형 축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정에 적용하였다. 또한 위 공정의 성능을 탄소 전극만으로 구성한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 공정과 비교 평가해 보고 염 제거 효율이 최대로 나타나는 MCDI 공정의 최적 운전 조건을 탐색하고자 하였다. 염 제거 효율은 MCDI 공정이 CDI 공정에 비해 높게 나타났으며 Nafion과 APPO를 적용한 MCDI 공정에서 흡착 조건이 1.2 V, 3 min이고 탈착 조건이 -1.0 V, 1 min 일 때의 염 제거 효율이 82.1%로 최댓값을 보임을 확인했다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.249-249
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• 2011

전력용 개폐장치인 진공차단기의 차단부가 송배전 시스템에 30 [kA] 정도의 커다란 사고전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 동작될 때 차단부 내부 전극 사이에 25,000 [K] 이상의 아크 플라즈마가 발생하게 된다. 두 전극 사이에 발생된 아크 플라즈마는 약 10 ms~20 ms 동안 지속되다가 교류전원의 전류영점 부근에서 회복된 절연성능으로 인하여 자연스럽게 소멸되지만, 대전류 구간동안 아크 플라즈마의 집중 현상 등에 의하여 전극의 심각한 손상 등이 발생되면 절연성능이 요구된 만큼 회복되지 못하여 사고전류를 차단하지 못하며 시스템에 연결된 기기들에게 심각한 손상을 입히고 정전사고를 일으킨다. 본 연구에서는 전자계-열유동 연성해석기법을 이용한 축자계 진공차단부에서 발생하는 아크 플라즈마의 3차원 수치해석을 통하여 전극의 심각한 손상을 입히는 아크플라즈마의 집중 현상에 관한 축자계의 영향을 고찰하고자 한다. 수치해석을 위한 아크 영역은 양극과 음극의 직경과 같은 직경의 원기둥으로 가정하였고, 전자계 해석으로부터 얻어진 로렌츠 힘과 줄열을 열유동 해석을 위한 Navier-Stokes 방정식의 파라미터로 입력하여 해석을 수행함으로써 전자계와 유체역학적인 영역을 동시에 연계한 순차적 일방향 연성해석 기법을 적용하였다. 컵형 축자계 진공차단부 내 아크영역에서의 로렌츠 힘의 특성과 온도분포에 대하여 수치해석을 수행하였고, 크기가 다른 두 로렌츠 힘에 의하여 양극표면으로 집중되는 온도분포의 크기를 비교함으로써 진공아크 플라즈마의 집중현상에 영향을 미치는 주요 요소를 규명할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 1998년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.92-92
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• 1998

반도체 기술의 경이적인 발전에 힘입이 최근 휴대용 이동통신기기, 노트북 컴퓨터 등 무선전자제품의 폭발적인 수요와 함께 이들의 소형화, 경량화가 요구되어 전원인 2차전지의 경량화, 고용량화, 장수명화의 필요성이 절실해졌다. Ni-MH 전지는 Ni-Cd전지에 비해 에너지밀도가 1.5~2배에 이르고 충방전 cycle이 길며 오염물질이 없어 환경 친화적이라는 장점이 었다. Ni-MH 전지의 성능은 음극재료인 수소저장합금에 의해 좌우되므로 수소저장능력이 크고 내식 성이 우수한 합금개발이 중요하다. $CaNi_5$는 수소저장능력이 크고 매장량이 많아 값이 싸다는 장점이 있지만 KOH 용액에서 내구성이 떨어진다는 단점이 있어 주로 Heat Pump 재료에만 사용이 제한되어왔다. 본 실험에서는 결정 구조의 nanocrystalline 및 amorphous화함으로써 해리압의 변화, 방전용량의 변화 등 새로운 전극 특성을 나타낸다고 보고되고 있는 MG (Mechanical Grinding)방법을 통해 CaNis 합금의 전극특성의 변화를 살펴보았고, 아울러 고상-기상반응에서 표면에 형성된 산화피막을 제거하여 안정한 불화물을 표면에 형성시킴으로써 불순물 가스에 대한 내구성을 높이고 활성화특성을 향상 시킨다고 보고되고있는 불화처리 방법을 이용하여 불화처리 시간을 달리하면서 용액 속에서의 pH의 변화, ICP분석, 전극의 성능 및 표면 특성변화를 충방전 test, SEM 등을 통해 고찰하였다.

• 공업화학전망
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• 제23권1호
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• pp.3-17
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• 2020

리튬이온전지(LIB)는 기존의 다른 이차전지와 다른 확실한 몇 가지 장점이 있다. 높은 작동 전압과 높은 에너지 밀도, 긴 수명, 그리고 낮은 자체 방전 속도이다. 이러한 장점으로 모바일 제품에서부터 전기 자동차(battery electric vehicle, BEV), 최근에는 전기저장장치(energy storage system, ESS)까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용 범위가 증가함에 따라 높은 안정성을 가지며 더 큰 에너지 용량을 나타내는 리튬이온전지에 대한 요구가 점점 더 커지게 되었다. 리튬이온전지의 용량 증가는 전지의 설계보다는 양극 및 음극 재료, 분리막 및 전해질과 같은 주요 전지 재료의 기술적 진보에 달려 있다. 주요 전지 소재 중에 전지의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것은 전지 반응에 의한 과전압과 가격이 가장 비싼 양극이다. 본 기획 특집에서는 리튬이차전지의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 양극 물질의 종류와 향후 연구동향에 대해서 소개하고자 한다. 양극 물질의 발전 방향, 안정성과 용량 증대를 위해서 최근 연구되고 있는 방향에 대해서 자세하게 소개한다.