• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.331-346
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• 2023

탄소중립 달성을 위해 에너지 효율적이고 전기화된 사회에 직접 이용될 수 있는 친환경 공정이 주목받고 있다. 다량의 에너지를 소모하는 기존의 열 및 압력 기반의 담수화 기술에서도 이는 예외가 아니기에, 최근 차세대 전기화학 기반 담수화 기술들의 성장이 두드러진다. 대표적으로 에너지 저장 장치의 구동 원리를 기반으로 하는 전기화학적 이온 분리(electrochemical ion separation, EIONS) 기술이 있으며, 여기에는 축전식 탈염(CDI) 기술과 배터리 담수화 시스템(BD)가 포함된다. EIONS 기술에는 시스템 성능 향상을 위해 CDI와 BD를 기본으로 한 다양한 응용 시스템들이 개발되어 왔는데, 이러한 결과물들의 의미와 독창성을 배경지식 없이 한눈에 파악하기 매우 어렵다. 따라서 우리는 이 리뷰 논문에서 EIONS 연구에서의 지난 몇 년간의 기술적 진보와 시스템 개별 특성을 각 시스템의 구동원리, 연구 배경, 장단점을 중심으로 명확하고 구체적으로 설명하고자 한다. 아울러, EIONS의 미래 발전과 연구 방향을 설명하며 리뷰 논문을 마무리하겠다. 이 논문을 통해 EIONS 연구를 막 시작하는 연구자들이 EIONS의 연구 동향을 보다 쉽게 파악할 수 있을 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.278.2-278.2
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• 2013

그래핀은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성들로 인하여 전자소자, 센서, 에너지 재료 등으로의 응용이 가능하다고 알려진 단 원자층의 탄소나노재료이다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 캐리어 농도, 전하 이동도, 밴드갭 등의 전기적 특성을 향상시키거나 제어하는 것이 요구되며, 에너지 소재로의 응용을 위해서는 높은 전기전도도와 함께 기능화를 통한 촉매작용을 부여하여 효율을 향상시키는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로 질소, 수소, 산소 등 다양한 이종원소를 열처리 또는 플라즈마 처리함으로써 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 흡착시켜 기능화 처리된 그래핀을 얻는 방법들이 제시되었다. 이중 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 처리가 가능하고, 처리시간, 공정압력, 인가전압 등 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 비교적 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착법으로 합성된 그래핀을 직류 플라즈마로 처리함으로써 효율적인질소도핑 조건을 도출하고자 하였다. 그래핀의 합성은 200 nm 두께의 니켈 박막이 증착된 몰리브덴 호일을 사용하였으며, 원료가스로는 메탄을 사용하였다. 그래핀의 질소 도핑은 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 암모니아($NH_3$) 플라즈마로 처리하였으며, 플라즈마 파워와 처리시간을 변수로 최적의 도핑조건 도출 및 도핑 정도를 제어하였다. 그래핀의 질소 도핑 정도는 라만 스펙트럼의 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. NH3 플라즈마 처리 후 G밴드의 위치가 장파장 방향으로 이동하며, 반치폭은 감소하는 것을 통해 그래핀의 질소도핑을 확인하였다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2006년도 춘계학술논문발표회 논문집
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• pp.275-279
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• 2006

• 청정기술
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• 제18권2호
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• pp.183-190
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• 2012

PCB에칭에 의해 발생한 염화철 폐식각액 중 염화철을 산화시키고 구리를 석출시키는 전기화학적 재생공정은 환경오염을 줄이면서도 부산물을 얻어내어 경제성이 크다. 그러나, 염화철 폐식각액은 철과 구리, 두 가지 금속이 함께 함유되어 있기 때문에 전해조에서 일어나는 반응이 복잡하다. 본 연구에서는 회분식 공정을 통하여 전기화학적인 염화철 산화 및 구리 석출반응의 특성을 조사하고 관련된 공정변수들의 최적 조건을 도출해내었다. 염화철의 산화는 항상 원하는 수준으로 되었으며, 탄소 음전극을 사용한 반응에서 $350mA/cm^2$의 전류밀도와 12 g/L의 구리 농도 조건에서, $Fe^{2+}$이온의 비율이 높을수록 구리 석출 효율이 높았다. 또한, 도출해낸 최적 조건을 바탕으로 Bench 장치 연속운전을 통해서 scale-up 가능성을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제30권2호
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• pp.79-96
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• 2020

환경오염과 화석연료의 문제로 인한 2차 에너지 변환 및 저장 장치의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 에너지 변환장치들은 전기화학적 시스템을 기본으로 운영되고 있으며 이온교환막은 각 공정의 성능을 결정짓는 중요한 요소이다. 따라서 에너지 시스템의 효율 증대 및 성능 향상을 위해서는 적합한 물성을 갖는 이온교환막 개발이 필요하다. 이러한 이온교환막은 크게 양이온교환막, 음이온교환막, 바이폴라막으로 분류되고 있으며, 이들 막들은 화학적, 물리적, 형태학적 특성에 따라 다양한 용도을 갖고 있다. 본 총설에서는 이온교환막의 주요한 특징과 함께 이들의 제조 방법에 대해 기술했다. 이어서 이온교환막을 이용하여 최근 개발되고 있는 전기화학 시스템에 기반을 둔 역전기 투석, 레독스 흐름 전지, 수전해 공정에 대해서 소개하고, 각 에너지 공정에서 이온교환막이 갖는 역할과 조건에 대해서 설명하였다.

• 접착 및 계면
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• 제25권2호
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• pp.50-55
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• 2024

수소는 높은 에너지 밀도와 환경친화적이고 재생가능한 에너지원으로써 많은 주목을 받고 있다. 특히 다양한 수소 생산 방식 중 수전해는 탄소 배출이 없는 청정 수소 생산 방식으로 미래 수소 생산을 이끌어나갈 기술이며, 이를 구현하기 위하여 많은 연구들이 진행 중이다. 하지만 높은 과전압으로 인한 수소 생산 단가 상승이 걸림돌로 작용하고 있어 이를 해결할 수 있는 전기화학 촉매 개발이 매우 중요하다. 본 논문에서는 계면 제어를 통한 수소 발생 반응 및 산소 발생 반응 전기화학 촉매 개발 분야의 최근 연구 동향을 요약 및 소개하고, 차세대 수전해 장치를 구현하기 위한 과제에 대해 깊이 논의하고자 한다.

• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.14-27
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• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 공업화학전망
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• 제23권2호
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• pp.23-39
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• 2020

4차 산업혁명의 초연결/초지능 사회가 현실화 되면서 모든 제품이 배터리에 연결되는 사물배터리(battery of things) 시대가 열리고 있다. 이에 따라 기존의 정형화된 에너지 저장 장치를 넘어 전자기기 각각에 걸맞은 스펙과 기능을 갖는 맞춤형 전지 개발이 화두이다. 특히 구부러지거나 변형될 수 있는 웨어러블 전자기기를 구동하기 위해서는 기계적인 변형에 안정한 에너지 저장 장치가 필요하다. 또한 다양한 기능(투명성, 전기변색, 자가치유형, 친환경 등)을 갖는 지능형 전자기기가 개발됨에 따라, 이와 동등한 기능을 갖는 에너지 저장 장치도 요구되고 있다. 나아가 각각 개발된 웨어러블/다기능성 전자기기와 에너지 저장 장치를 어떻게 통합시킬지에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 본 기고문에서는 기계적 안정성, 기존 소자와의 적합성, 나아가 신기능성까지 갖춘 차세대 다기능성 웨어러블 에너지 저장 장치를 소개하고 이를 위한 복합나노구조 합성 및 소자 디자인 전략에 관한 최근 연구 동향을 소개하고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제10권1호
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• pp.36-42
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• 2007

전기 에너지를 가장 직접적으로 저장하는 기기로써 우리는 흔히 전지(battery)와 콘덴서(condenser)를 생각한다. 산업혁명 이후 과학과 기술의 엄청난 발전에 따라 여러 분야에서 다양한 문명이기의 개발과 활용이 있어왔지만 우리 생활에 밀접히 활용되고 있으며 각종 전기전자 시스템의 핵심 구성품인 이러한 전지나 콘덴서의 기술 발전 속도는 다른 분야에 비하여 상대적으로 뒤쳐진 상황이라고 볼 수 있다. 그러나 최근 10여년 동안 괄목할 만한 소재기술의 발전에 힘입어서 재래식의 콘덴서는 물론 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등과 같은 최신형 2차전지들 조차도 갖지 못하는 장수명, 고출력 특성을 갖는 새로운 형식의 전기에너지 저장장치인 '전기화학커패시터(electrochemical capacitor)'의 개발이 실현되고 있다. 이에, 본 고에서는 전기화학커패시터에 대한 기본적인 이해와 이의 최신기술 동향에 대하여 간략히 소개하기로 한다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제1권1호
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• pp.83-90
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• 2013

본 연구는 정수처리공정에서 사용하는 염소소독으로 취급이 용이하며, 기존 액화염소를 대체할 수 있는 현장발생형 고농도 차아염소산나트륨 발생장치를 국산화 개발하는 것이다. 이 장치는 포화소금물을 이용한 전기화학적 특성으로 고농도(12%)의 차아염소산나트륨을 생성하는 것으로, 저농도(0.8%)의 차아염소산나트륨 발생장치보다 전류효율 38.7 % 높이고, 소금사용량 54.6 %와 클로레이트 함량 97.3%을 저감하는 장치이다.