• 전기화학회지
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• 제13권2호
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• pp.116-122
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• 2010

DC magnetron 스퍼터링을 이용해 구리(Cu) 호일 위에 실리콘(Si)을 증착한 후 $800^{\circ}C$에서 열처리하여 $Cu_3Si$를 얻고, 이의 리튬 이차전지용 음극으로서 특성을 조사하였다. $Cu_3Si$는 Si 성분을 포함하고 있으나 상온에서 리튬과 반응하지 않았다. 선형 주사 열-전류(linear sweep thermammetry, LSTA) 실험과 고온 충방전 실험을 통하여, 상온에서 비활성인 $Cu_3Si$가 $85^{\circ}C$ 이상에서는 활성화되어 Si 성분이 전환(conversion)반응에 의해 리튬과 반응함을 확인하였다. $Cu_3Si$에서 분리된 Si는 $120^{\circ}C$에서 Li-Si 합금 중에서 리튬의 함량이 가장 많은 $Li_{21}Si_5$ 상까지 리튬과 반응함을 유사 평형 조건(quasi-equilibrium)의 실험으로부터 알 수 있었다. 그러나 정전류 조건($100\;mA\;{g_{Si}}^{-1}$)에서는 리튬 합금반응이 $Li_{21}Si_5$까지 진행되지 못하였다. 또한 $120^{\circ}C$에서 전환반응에 의해 생성된 Li-Si 합금과 금속 상태의 Cu는 충전과정에서 다시 $Cu_3Si$로 돌아감, 즉 $Cu_3Si$와 리튬은 가역적으로 반응함을 확인하였다. $120^{\circ}C$에서 $Cu_3Si$ 전극은 비정질 실리콘 전극보다 더 우수한 사이클 특성을 보여 주었다. 이는 비활성인 구리가 실리콘의 부피변화를 완충하여 집전체에서 탈리되는 현상을 완화하고 결과적으로 전극이 퇴화하는 것을 억제하기 때문인 것으로 설명할 수 있다. 실제로 비정질 실리콘 전극은 충방전 후에 실리콘 층의 균열과 탈리가 관찰되었으나, $Cu_3Si$ 전극에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았다.

• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.81-90
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• 2019

프로페인($C_3H_8$)의 건식 개질($CO_2$ 개질)을 통한 합성 가스($H_2$와 CO 혼합물) 제조를 위해 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 충진된 유전체 장벽 방전 플라즈마 반응기를 사용하였다. 열 또는 플라즈마에 의해 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매를 사용하여 $C_3H_8/CO_2$ 비율 1/3, 총 유량 $300mL\;min^{-1}$에서 플라즈마-촉매 건식 개질을 수행하였다. 건식 개질에 대한 촉매 활성은 온도범위 $500{\sim}600^{\circ}C$에서 평가되었다. $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매 제조를 위해 전구물질 수용액(질산니켈, 질산세륨)으로 함침된 ${\gamma}-Al_2O_3$를 공기 분위기에서 소성시킨 후, $H_2/Ar$ 분위기에서 환원시켰다. 촉매 특성 조사에는 X-선 회절분석기(XRD), 투과전자현미경(TEM), 전계 방출 주사전자현미경(FE-SEM), 승온 탈착($H_2-TPD$, $CO_2-TPD$) 및 라만 분광기가 이용되었다. 열로 환원된 촉매와 비교하면 플라즈마 방전하에서 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 개질 반응을 통한 합성 가스 생산에서 보다 우수한 촉매 활성을 나타내었다. 또한, 플라즈마로 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$가 개질 반응의 문제점인 탄소퇴적 관점에서 장기 촉매 안정성을 보여주었다.

• 전기화학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-10
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• 2023

리튬 이차전지의 4 대 구성요소에 포함되는 양극은 배터리의 에너지 밀도를 담당하는 중요한 구성요소에 속하며, 보편적으로 제작되는 양극의 습식 제작 공정에는 활물질, 도전재, 고분자 바인더의 혼합 과정이 필수적으로 이루어지게 된다. 하지만, 양극의 혼합 조건의 경우 체계적인 방법이 갖추어져 있지 않기 때문에 제조사에 따라 성능의 차이가 발생하는 경우가 대다수이다. 따라서, 양극의 슬러리 제작 단계에서 정돈되지 않은 혼합 방법의 최적화를 진행을 위해 보편적으로 사용되는 THINKY mixer와 homogenizer를 이용한 LiMn₂O₄ (LMO) 양극을 제조해 각각의 특성을 비교하였다. 각 혼합 조건은 2000 RPM, 7 min으로 동일하게 진행하였으며, 양극의 제조 동안 혼합 방법의 차이만을 판단하기 위해 다른 변수 조건들은 차단한 후, 실험을 진행하였다(혼합 시간, 재료 투입 순서 등). 제작된 THINKY mixer LMO (TLMO), homogenizer LMO (HLMO) 중 HLMO는 TLMO보다 더 고른 입자 분산 특성을 가지며, 그로 인한 더 높은 접착 강도를 나타낸다. 또한, 전기화학적 평가 결과, HLMO는 TLMO와 비교하여 개선된 성능과 안정적인 수명 주기를 보였다. 결과적으로 수명특성평가에서 초기 방전 용량 유지율은 HLMO가 69 사이클에서 TLMO와 비교하여 약 4.4 배 높은 88%의 유지율을 보였으며, 속도성능평가의 경우 10, 15, 20 C의 높은 전류밀도에서 HLMO가 더 우수한 용량 유지율과 1C에서의 용량 회복률 역시 우수한 특성을 나타냈다. 이는 활물질과 도전재 및 고분자 바인더가 포함된 슬러리 특성이 homogenizer를 사용할 때, 정전기적 특성이 강한 도전재가 뭉치지 않고 균일하게 분산되어 형성된 전기 전도성 네트워크를 생성할 수 있기 때문으로 간주된다. 이로 인해 활물질과 도전재의 표면 접촉이 증가하고, 전자를 보다 원활하게 전달하여 충전 및 방전 과정에서 나타나는 격자의 부피변화, 활물질과 도전재 사이의 접촉저항의 증가 등을 억제하는 것에 기인한다.

• 멤브레인
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• 제21권1호
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• pp.22-29
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• 2011

중전기의 유지 보수 및 교체 과정에서 절연체로 사용된 $SF_6$ 가스는 교체 충전과 정제과정에서 유입되는 공기와의 아크 방전에 의해 많은 종류의 부산물($N_2$, $O_2$, $CF_4$, $SO_2$, $H_2O$, HF, $SOF_2$, $CuF_2$, $WO_3$ 등)이 발생된다. 부산물 중에서도 대부분을 차지하는 것이 $N_2$, $O_2$, $CF_4$이며, $SF_6$가스를 재사용하기 위해서는 이들을 효과적으로 분리 회수하는 공정이 필요하다. 주요 부산물인 $N_2$, $O_2$, $CF_4$와의 분리 효율 측면에서 분리막법은 기존의 흡착, 심냉법에 비하여 상대적으로 높은 효율을 보이고 있어 이에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 따라서 본 논문에서는 중전기 산업에서 발생되는 $SF_6$ 가스 함유 농도 90 vol% 이상의 가스에 대하여 분리막법을 적용하여 $N_2$, $O_2$, $CF_4$와 $SF_6$ 가스의 온도와 배출유량의 변화에 따른 분리 회수 가능성을 관찰하였다. PSF와 PC 중공사 분리막을 이용하여 고농도 $SF_6$에 대한 분리 회수 실험 결과, PSF 분리막의 최대 회수율은 압력 0.3 MPa, 온도 $25^{\circ}C$, 배출유량 150 cc/min에서 92.7%를 나타내었으며, PC 분리막에서는 압력 0.3 MPa, 온도 $45^{\circ}C$, 배출유량 150 cc/min 일 때 74.8%의 최대 회수율을 나타내었다. 또한, 사용된 두 가지 분리막과 운전 조건에서 주요 부산물인 $N_2$, $O_2$, $CF_4$의 최대 제거율은 각각 약 80%, 74%, 그리고 58.9%가 관찰되었다. 이로부터 분리막 공정은 고농도 폐 $SF_6$ 가스에서 주요 부산물로부터 $SF_6$의 효과적인 분리 및 회수가 가능한 공정으로 적용할 수 있는 가능성을 파악 할 수 있었다.