• Title/Summary/Keyword: 탄소전극

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Preparation of RGO coated TiO2 for improved electrical conductivity (전기 전도성 향상을 위한 RGO가 코팅된 TiO2 제조)

  • Kim, Su-Deok;Choe, Jin-Seop
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2016.11a
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    • pp.192.1-192.1
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    • 2016
  • 타이타늄은 밸브 메탈의 일종으로, 다양한 전해질 조건에서 양극산화되어 이산화 타이타늄($TiO_2$)을 형성한다. 이산화 타이타늄은 저렴한 가격, 풍부함, 무독성, 높은 안정성 등 다양한 장점을 지닌다. 또한 리튬 이온의 삽입/탈리 이후에도 구조적인 변화가 적은 성질과 비교적 높은 방전 전압(1.0-2.5 V vs Li/Li+)으로 인해 그래파이트를 대체할 리튬이온 전지의 전극재료로써 연구되어 왔다. 하지만 낮은 이온 및 전기 전도도로 인해 다양한 분야에서의 활용에 한계가 있어왔다. 이러한 한계 극복을 위해, 이산화 타이타늄에 전도성이 높은 탄소 계열의 물질을 코팅하는 방법이 고려되었다. 그래핀 산화물은 강한 산을 이용하여 그래파이트를 산화시킨 물질로, 많은 산소작용기를 함유하고 있어 탄소 고유의 전기전도성을 갖지 못한다. 환원 그래핀 산화물(reduced graphene oxide)는 빛, 열, 화학 작용울 통해 그래핀 옥사이드를 환원시켜 산소작용기를 없앤 물질로, 환원과정에서 전기전도성을 회복한다. 이에 본 연구에서는 이산화 타이타늄에 환원 그래핀 산화물(reduced graphene oxide)를 코팅하여 전기 전도도를 향상시키고. 이에 대한 활용 분야를 연구하고자 하였다.

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Comparison Study of Compact Titanium Oxide (c-TiO2) Powder Electron Transport Layer Fabrication for Carbon Electrode-based Perovskite Solar Cells (탄소전극 기반 페로브스카이트 태양전지 적용을 위한 조밀 이산화티타늄 분말 전자수송층 제작 비교 연구)

  • Woo, Chae Young;Lee, Hyung Woo
    • Journal of Powder Materials
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    • v.29 no.4
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    • pp.297-302
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    • 2022
  • This study compares the characteristics of a compact TiO2 (c-TiO2) powdery film, which is used as the electron transport layer (ETL) of perovskite solar cells, based on the manufacturing method. Additionally, its efficiency is measured by applying it to a carbon electrode solar cell. Spin-coating and spray methods are compared, and spray-based c-TiO2 exhibits superior optical properties. Furthermore, surface analysis by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) exhibits the excellent surface properties of spray-based TiO2. The photoelectric conversion efficiency (PCE) is 14.31% when applied to planar perovskite solar cells based on metal electrodes. Finally, carbon nanotube (CNT) film electrode-based solar cells exhibits a 76% PCE compared with that of metal electrode-based solar cells, providing the possibility of commercialization.

Perchlorate Ion-Selective PVC Membrane Electrode Based on the Quaternary Ammonium Salts (제4급 암모늄염을 이용한 과염소산 이온선택성 PVC막 전극)

  • 안형환;김용렬;강현춘;이한섭;이병철;강안수
    • Membrane Journal
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    • v.3 no.3
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    • pp.126-135
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    • 1993
  • Perchlorate ion-selective PVC membrane electrode responsive to $10^{-6}M$ was developed by incorporating the ion-pair complex of perchlorate with the quaternary ammonium salts as a active material. The effect of chemical structure, the content of active material, the kinds of plasticizers, and the membrane thickness on the electrode characteristics such as the linear response range and Nernstian slope of the electrode were studied. With the results, the useful pH range and the selectivity coefficients to various interfering anions were compared and investigated. It was obtained that the effect of the chemical structure of an active material on the electrode characteristics was improved with increasing the alkyl chain length of the quarternary ammonium salts in the ascending order of Aliquat 336P, TOAP, TDAP, and TDDAP. The electrode characteristics was improved with the decrease of the active material content below the optimum membrane composition, and DBP was the best as a plasticizer. The optimum membrane composition was 9.09wt% of TDDAP, 30.3wt% of PVC, and 60.6wt% of ptasticizer(DBP). And the optimum membrane thickness was0.45mm at this composition. Under the above condition, thelinear response ranger was $10^{-1}~1.2 {\times} 10^{-6}M$, and the detection limit was $5.1{\times}10^{-7}M$ with the Nernstian slope of 57mV/decade of activity of perchlorate ion. The electrode potential was stable within the pH range from 4 to 11. The selectivity coefficient was as shown below : $SCN^->I^->NO_3^->Br^->ClO_3^->F^->Cl^->SO_4^{2-}$

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Characteristics of ITO with surface treatment by N2, O2, Ar Plasma and UV (질소, 산소, 아르곤 플라즈마와 자외선에 의하여 표면 처리한 ITO의 특성)

  • Bae, Gyeong-Tae;Jeong, Seon-Yeong;Gang, Seong-Ho;Kim, Hyeon-Gi;Kim, Byeong-Jin;Ju, Seong-Hu
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2018.06a
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    • pp.90-90
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    • 2018
  • 디스플레이는 다수의 가로 전극과 세로 전극으로 구성되고, 전극에 신호를 주어 동작하도록 하는 원리이다. 이 디스플레이에는 전기가 통하고 투명한 전극이 필수적으로 사용되고 있고, 대표적인 투명 전극으로 ITO (Indium Tin Oxide)가 있다. ITO 박막은 $In_2O_3$에 Sn을 첨가하여 $Sn^{4+}$ 이온이 $In^{3+}$ 이온을 치환하고 이 과정에서 잉여 전자가 전기전도에 기여하는 구조이다. ITO 박막은 표면 처리 방법에 따라 표면 상태가 크게 변화한다. 플라즈마를 이용한 표면 처리는 환경오염이 적으며 강도, 탄성률 등과 같은 재료의 기계적 특성을 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 변화시킬 수 있는 방법으로 알려져 있다[1]. UV (Ultraviolet)를 조사한 표면처리는 ITO 표면의 탄소를 제거하고, 표면 쌍극자를 형성하며, 표면의 조성을 변화시킬 수 있으며, 페르미 에너지 준위를 이동시킬 수 있어 ITO의 일함수를 증가시킬 수 있다[2]. ITO에 대한 다양한 연구가 수행되었음에도 불구하고 보다 다양한 관점에서의 연구가 지속될 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 조건으로 표면 처리한 ITO 표면의 일함수, 면저항, 표면 형상, 평탄도, 접촉각 등에 대해 알아보고자 한다. 세정한 ITO, 세정 후 UV 처리한 ITO (UV 처리 시간 2분, 4분 6분, 8분), 세정 후 $N_2$, $O_2$, Ar의 공정 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO로 표면 처리 조건을 변화하였다. 표면 처리한 ITO의 특성은 Kelvin Probe를 이용한 일함수, 물방울 형상의 각도를 측정한 접촉각, AFM (Atomic Force Microscope)을 이용한 평탄도, 가시광선 (380~780 nm) 파장에 대한 투과도와 면저항을 측정하였다. 접촉각은 세정한 ITO의 경우 $45.5^{\circ}$에서 세정 후 UV를 조사한 ITO의 경우 UV 8분 조사 시 $27.86^{\circ}$로 감소하였고, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 Plasma 처리한 ITO는 모두 $10^{\circ}$ 미만을 나타내었다. 플라즈마 처리에 의하여 접촉각이 현저하게 개선되었다. ITO의 면저항은 표면 처리 조건에 따라 $9.620{\sim}9.903{\Omega}/{\square}$로 그 차이가 매우 적어 표면처리에 의하여 면저항의 변화는 없는 것으로 판단된다. 가시광선 영역에서의 투과도는 공정 조건에 따라 87.59 ~ 89.39%로 그 차이가 적어 표면처리에 의한 변화를 나타내지는 않은 것으로 판단된다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 $R_{rms}$는 세정한 ITO의 경우 4.501 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 2.797, 2.659, 2.538, 2.584 nm로 평탄도가 개선되었다. $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우 평탄도 $R_{rms}$는 2.49, 4.715, 4.176 nm로 사용한 가스의 종류에 따라 다른 경향을 나타내었다. 표면 처리 조건에 따른 평탄도 Ra는 세정한 ITO의 경우 3.521 nm로부터 UV 2, 4, 6, 8분 처리한 경우 1.858, 1.967, 1.896, 1.942 nm를, $N_2$, $O_2$, Ar 가스를 사용하여 플라즈마 처리한 ITO의 경우는 1.744, 3.206, 3.251 nm로 평탄도 $R_{rms}$와 유사한 경향을 나타내었다.

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Disposable Glucose Sensor Based on Platinised Carbon Paste Electrode (백금 도금된 탄소반죽 전극을 이용한 일회용 글루코오스 센서)

  • Lee Dong Joo;Yoo Jae Hyun;Cui Gang;Choi Moon Hee;Kim Moon Hwan;Ryu Joon Oh;Han Sang-Hyun;Cha Geun Sig;Nam Hakhyun
    • Journal of the Korean Electrochemical Society
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    • v.2 no.4
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    • pp.227-231
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    • 1999
  • Disposable, amperometric glucose sensor was constructed using platinised carbon paste electrode. The sensor response was studied by amperometry and cyclic voltammetry applying sample solutions on the strip-type electrode. Platinization of screen-printed carbon paste electrode effectively improved the electrochemical reversibility of a mediator and the analytical characteristics of the sensor. The heterogeneous rate constant for $[Fe(CN)_6]^{4-/3-}$ was $1.45\times10^{-2}cm{\cdot}s^{-1}$. An applied potential of 0.3V vs. Ag/AgCl resulted in the best selectivity for glucose. The apparent Michaelis-Menten constant for glucose on the strip sensor, $K_m^{app}$, was 24.5 mM. To evaluate the analytical performance of the glucose sensor strip, a correlation study was performed with the NOVA S.P, Ultra M analyzer for 30 serum samples containing $80\~297mg/dL$ of glucose: the correlation coefficient value was 0.983. It can be seen that the strip sensor has satisfactory precision and accuracy.

Electrochemical Characteristics of an Electric Double Layer Supercapacitor Electrode using Cooked-Rice based Activated Carbon (쌀밥으로 제조된 활성탄을 사용하는 전기이중층형 슈퍼커패시터 전극의 전기화학적 특성)

  • Jo, Un;Kim, Yong-Il;Yoon, Jae-Kook;Yoo, Jung-Joon;Yoon, Ha-Na;Kim, Sung-Soo;Kim, Jong-Huy
    • Journal of the Korean Electrochemical Society
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    • v.16 no.3
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    • pp.129-137
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    • 2013
  • From the cooked-rice as a raw material, activated carbons throughout a hydrothermal synthesis and vacuum soak of KOH for chemical activation were obtained. Activated carbon electrodes for electric double layer supercapacitors were prepared and electrochemical characteristics were examined. Including the specific surface area by BET method and pore size distribution by NLDFT method, physical properties of activated carbons were investigated by means of SEM, EDS, XRD, and TG analyses. Cycle voltammetry and AC-impedance measurements were conducted to confirm the electrochemical characteristics for the electrodes. From hydrothermal synthesis, $5{\sim}7{\mu}m$ diameters of spherical carbons were obtained. After the activation at $800^{\circ}C$, it was notable for the activated carbon to be the specific surface $1631.8cm^2/g$, pore size distribution in 0.9~2.1 nm, and micro-pore volume $0.6154cm^3/g$. As electrochemical characteristics of the activated carbon electrode in 6M KOH electrolyte, it was confirmed that the specific capacitances of 236, 194, and 137 F/g at the scan rate of 5, 100, and 500 mV/s respectively were exhibited and 91.2% of initial capacitance after 100,000 cycles at 200 mV/s was maintained.

A Review of Structural Batteries with Carbon Fibers (탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향)

  • Kwon, Dong-Jun;Nam, Sang Yong
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.32 no.4
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    • pp.361-370
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    • 2021
  • Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is one of the composite materials, which has a unique property that is lightweight but strong. The CFRPs are widely used in various industries where their unique characteristics are required. In particular, electric and unmanned aerial vehicles critically need lightweight parts and bodies with sufficient mechanical strengths. Vehicles using the battery as a power source should simultaneously meet two requirements that the battery has to be safely protected. The vehicle should be light of increasing the mileage. The CFRP has considered as the one that satisfies the requirements and is widely used as battery housing and other vehicle parts. On the other hand, in the battery area, carbon fibers are intensively tested as battery components such as electrodes and/or current collectors. Furthermore, using carbon fibers as both structure reinforcements and battery components to build a structural battery is intensively investigated in Sweden and the USA. This mini-review encompasses recent research trends that cover the classification of structural batteries in terms of functionality of carbon fibers and issues and efforts in the battery and discusses the prospect of structural batteries.

Surface Treatment of Multi-walled Carbon Nanotubes for Increasing Electric Double-layer Capacitance (다중벽 탄소나노튜브의 표면처리에 따른 전기이중층 커패시터의 특성)

  • Kim, Ji-Il;Kim, Ick-Jun;Park, Soo-Jin
    • Journal of the Korean Chemical Society
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    • v.54 no.1
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    • pp.93-98
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    • 2010
  • In this work, the electrochemical properties of surface treated multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were studied. Nitrogen and oxygen functional groups of the MWNTs were introduced by urea and acidic treatment, respectively. The surface functional groups of the MWNTs were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements and zeta-potential method. The characteristics of $N_2$ adsorption isotherm at 77 K, specific surface area, and total pore volumes were investigated by BET eqaution, BJH method and t-plot method. Electrochemical properties of the functionalized MWNTs were accumulated by cyclic voltammetry at the scan rates of 50 $mVs^{-1}$ and 100 $mVs^{-1}$ in 1M $H_2SO_4$ as electrolytes. As a result, the functionalized MWNTs led to an increase of capacitance as compared with pristine MWNTs. It was found that the increase of capacitance for urea treated MWNTs was attributed to the increase in density of surface functional groups, resulting in improving the wettability between electrode materials and charge species.

Amperometric Kinetics of Hydrogen Peroxide Biosensor Bound with Natural Rubber (천연고무로 결합된 과산화수소 정량 바이오센서의 전류법 속도론)

  • Rhyu, Keun-Bae;Yoon, Kil-Joong
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.21 no.6
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    • pp.689-693
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    • 2010
  • When natural rubber dissolved in toluene comes into use as a binder of carbon powder, the volatilization of solvent just after the construction of biosensor brought the mechanical robustness on the paste. This characteristic satisfied the pre-requisite condition for the practical use of carbon paste electrode and a biosensor for the determination of hydrogen peroxide was designed. In order to evaluate its electrochemical qualitative and quantitative behaviors, various electrochemical kinetic parameters of the electrode, e.g. the symmetry factor (${\alpha}$, 0.37), the exchange current density ($i_0$, $0.075mAcm^{-2}$), the capacitance of double layer ($C_d$, $9.7{\times}10^{-3}F$), the time constant (${\tau}_A$, 0.92 s), the maximum current ($i_{max}$, $5.92{\times}10^{-7}Acm^{-2}$), the Michaelis constant ($K_M$, $1.99{\times}10^{-3}M$) and others were investigated. Results show that natural rubber is a promising binder of carbon powder.

DC 반응성 스퍼터링법으로 증착한 TiN/Al, TiCN/Al 박막의 전기적.기계적 특성 및 내부식성 평가

  • Lee, Hyeon-Jun;Song, Pung-Geun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2012.08a
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    • pp.346-347
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    • 2012
  • 최근 화석연료 대체 에너지원으로서 자동차용으로 연구 개발 및 응용되고 있는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Proton exchange membrane fuel cells)에서 분리판(Bipolar Plate)은 스택 전체 무게의 80%, 스택 가격의 60% 정도로 가장 높은 비중을 차지한다. 분리판은 연료와 산화제를 공급해주는 통로 및 전지 운전 중에 생성된 물을 제거하는 통로 역할과 anode, cathode로서 전극 역할을 통해 스택 전력을 형성하는 핵심 기능과 전지와 전지 사이의 지지대 역할을 한다. 따라서 분리판은 전기전도성, 내부식성 및 기계적 특성이 우수해야함은 물론이고, 얇고 가벼우며 가공성이 뛰어나야 한다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 금속 분리판 소재 중 스테인리스 스틸은 전기적, 기계적 특성 및 내부식성이 우수한 반면, 가격이 비싸고, 중량이 무거운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링법으로 전기적, 기계적 특성 및 내부 식성이 우수한 TiN, TiCN 박막을 스테인리스에 비해 중량이 1/3, 소재 단가가 1/4인 알루미늄 기판 위에 증착하여 박막 물성을 평가하였다. DC Power는 400 W, 기판과 타겟 사이의 거리는100 mm, 공정 압력은 0.5 Pa로 고정하였고, 3 inch의 지름과 순도 99.95%를 갖는 티타늄 타겟을 사용하였다. 공정 가스는 Ar을 주입하였으며, 질소와 탄소의 공급원으로는 질소($N_2$)와 메탄($CH_4$) 가스를 사용하여 챔버 내 주입혼합가스의 전체 유량을 50 sccm으로 고정시켰다. 증착된 박막의 전기적, 기계적 특성을 측정하였고, X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM)을 이용하여 박막의 미세구조 및 표면 상태를 확인하였다. 또한, 내부식 특성을 평가하기 위해 potentiostatic, potentiodynamic 법을 이용하여 박막의 부식저항을 측정하였다. 증착된 TiN 박막의 경우 질소 함량의 증가에 따라 박막 증착속도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 타겟 부근의 질소 라디칼 비율이 증가함에 따라 질화반응이 촉진된 것으로 생각된다. 또한, 증착된 TiN과 TiCN 박막은 반응성 질소 유량과 탄소 유량에 따라 각각 다른 미세구조를 가지는 것을 확인하였다. TiN과 TiCN은 NaCl형의 면심입방격자(FCC)로 같은 구조이며, 격자상수가 비슷하여 전율고용되어 TiCN을 형성하고, 탄소와 질소의 비에 따라 전기적 기계적 특성이 달라짐을 확인하였다.

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