• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.559-564
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• 2019

본 연구는 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 전기방사공정 및 후 열처리 공정을 통해 합성했다. 용액에 polystyrene (PS) 나노비드를 첨가하여 방사된 섬유는 열처리 과정을 통해 PS가 제거됨으로써 구조체 내 기공이 균일하게 생성되었으며 이는 구조체 내로 열 전달 및 가스의 침투를 원활히 함으로써 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유가 합성될 수 있었다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 300 사이클 동안 $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$)의 높은 가역 용량을 유지했다. 반면 $ZnCo_2O_4$ 나노 분말은 300 사이클 후 $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$)의 방전 용량을 나타냈다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유의 우수한 리튬 저장 특성은 중공 구조 및 섬유 표면을 구성하는 $ZnCo_2O_4$ 나노결정에 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 계층적 구조를 갖는 중공형 나노 섬유 구조체는 다양한 금속 산화물로 확장 적용이 가능하며 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.819-825
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• 2018

본 연구는 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 중공입자로 구성된 다공성 1차원 나노구조체를 전기방사 공정 및 두단계의 후 열처리 과정을 통해 주형법과 커켄달 효과를 동시 적용하여 합성했다. 열처리 과정 중, 수 nm의 치밀한 Fe 금속입자는 커켄달 효과에 의해 중공구조를 갖는 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 입자로 최종 변환되었다. 또한, 전기방사 용액에 첨가한 PS 나노비드는 첫 열처리 과정 중 분해되어 구조체 내 수많은 기공을 형성, 환원 및 산화를 위한 가스들이 구조체 내부로 원활히 침투될 수 있는 역할을 했다. 최종 생성물인 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 중공입자로 구성된 다공성 1차원 구조체를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 30 사이클 후 $776mA\;h\;g^{-1}$의 높은 방전 용량을 나타냈다. 이와 같은 우수한 리튬 저장특성은 본 구조체를 구성하는 중공형 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 입자와 입자들 사이의 나노기공으로부터 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 중공 입자로 구성된 다공성 1차원 나노구조체 합성 방법은 다양한 전이금속 화합물 조성에 적용 가능하므로 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.

• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.409-416
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• 2021

불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

• 전기화학회지
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• 제24권4호
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• pp.77-92
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• 2021

전기자동차의 주행거리는 리튬이온전지의 에너지 밀도에 의해 결정된다. 리튬이온전지의 에너지 밀도 향상을 위해서는 단위 질량 당 많은 양의 리튬 이온을 저장할 수 있는 고용량 활물질 소재 개발이 필수적이다. 양극 기술의 급속한 발전은 이론적으로 구현 가능한 최대 용량에 근접한 수준의 가역 용량을 활용할 수 있는 수준에 이르렀다. 반면 음극은 90년대에 도입된 흑연을 현재까지도 주요 활물질로 활용하는데 머무르고 있다. 음극의 용량을 증가시키는 방법으로 고용량-장수명 특성을 지닌 실리콘 산화물 활물질을 음극에 첨가하는 방식이 가장 유력하게 검토되고 있다. 그러나 실리콘 산화물의 낮은 초기 쿨롱 효율은 음극 내 실리콘 산화물의 함량을 15% 이내로 제한하여 음극 용량 증가에 걸림돌이 되고 있다. 이에 따라 실리콘 산화물 등 고용량 음극의 초기 효율을 개선할 수 있는 사전리튬화 기술이 점점 많은 주목을 받고 있다. 본 리뷰논문에서는 사전리튬화 기술의 개념 및 효과에 대해 설명하고 현재까지 개발된 사전리튬화 기술을 반응 방식에 따라 분류하여 소개한다. 특히, 리튬화 반응의 균질성이 높고 대량 양산에 강점을 지닌 용액 기반 화학적 사전리튬화 기술의 최신 개발 동향을 집중적으로 소개하였다. 상용화가 가능한 사전리튬화 기술 개발이 가까운 미래의 차세대 리튬이온전지 음극재 시장의 주도권 확보의 핵심 조건이 될 것으로 기대한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2C호
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• pp.99-108
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• 2006

본 연구에서는 점성토의 강도를 증진시키기 위해, 일련의 동전기 주입 안정화 실내 실험을 수행하였다. 이를 위해 규산나트륨을 주입제로 선정하고 농도를 변화(500, 1000, 1500, 2000, 2500mM)시켜 동전기 주입 안정화 기법의 적용성을 파악하였고, 처리기간과 전압경사에 따른 영향을 파악하기 위해 2일 간격(2, 4, 6, 8, 10일)으로 처리기간을 설정한 실험과 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0V/cm로 전압경사를 변화시킨 실험을 실시하였다. 또한 염화칼슘과 수산화알루미늄을 2차 주입제로 사용하여 첨가농도에 따른 전단강도 개량 효과를 파악하고자 하였다. 이를 위해 규산나트륨(1000mM)을 5일간 적용한 후 2차 주입제의 농도를 50, 250, 500, 750, 1000mM로 변화시켜 5일간 적용하였다. 규산나트륨의 농도 결정시험결과 1000mM 이상의 농도에서 일정한 값으로 수렴하는 양상을 띠었으며, 이 때 초기 강도보다 약 800% 크게 강도증진효과가 나타났다. 최적전기경사와 처리기간 결정시험결과 전압의 경우 1V/cm, 처리기간의 경우 6일 이상에서 강도증가치가 수렴하는 양상이 나타났다. 염화칼슘과 수산화알루미늄을 2차 주입제로 사용한 경우, 두 경우 모두 250mM 이상의 농도에서 일정한 강도값으로 수렴하는 양상이 나타났으며, 규산나트륨만 사용한 경우보다 약 20~30%의 강도증진효과가 발생했다.

• 전기화학회지
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• 제22권3호
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• pp.128-137
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• 2019

리튬은 가장 가벼운 금속일 뿐만 아니라 낮은 환원전위(-3.04 V vs. SHE)와 큰 이론용량($3860mAh\;g^{-1}$)을 가지고 있어 차세대 음극 소재로 연구되고 있다. 리튬 금속을 전극으로 사용하는 리튬이차전지의 경우 전지의 효율과 에너지 밀도 극대화를 위해 얇은 두께의 리튬 전극이 필요하지만 기존의 리튬 박을 제조하는 물리적인 압연 방법으로는 일정수준 이하의 두께를 가지는 리튬 박을 제조하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 물리적인 방법 대신 전해도금법으로 박막의 리튬을 전착하여 전해도금 시 사용되는 전해액의 종류와 전착 조건이 전착 특성 및 전착된 리튬의 전기화학 특성에 주는 영향을 확인하였다. 전착 전해액의 농도가 높을 수록 리튬 덴드라이트(dendrite) 형성 억제에 유리한 크고 둥근 형태의 리튬 입자를 형성하였으며 우수한 stripping 효율 (92.68%, 3M LiFSI in DME) 을 나타냈다. 전착 속도(전류 밀도)의 경우 속도 증가에 따라 리튬이 길이 방향으로 성장하여 길고 끝이 뾰족한 형태를 가지는 경향을 보였으며, 이로 인한 비표면적 증가로 전착된 리튬 전극의 stripping 효율이 감소(90.41%, 3M LiFSI in DME, $0.8mA\;cm^{-2}$)하는 경향을 확인하였다. 두 종류의 염과 용매를 조합하여 얻은 1.5M LiFSI + 1.5M LiTFSI in DME : DOL (1 : 1 vol%) (Du-Co) 전해액에서 전착된 리튬 전극이 가장 우수한 stripping 효율 (97.26%) 및 안정적인 가역성을 보였으며, 이는 염의 분해물로 구성된 전극 표면 피막의 Li-F 성분이 주는 안정성 향상과 피막의 유연성을 부여하는 DOL 효과에 기인한 것으로 추정된다.

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.100-103
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• 2000

유리섬유(glass fiber cloth, GFC)가 보강된 겔상의 고분자 필름을 전해질로 이용하여 박형 리튬이온 전지를 제조하여 충방전 특성을 조사하였다. 고분자 전해질은 polyacrylronitrile(PAN), poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)(PVdF), ethylene carbonate(EC), propylene carbonate(PC), diethyl carbonate(DEC), Licla을 혼합하여 제조한 점성 유체를 $38{\mu}m$두께의 GFC에 함침시켜 고분자 겔 상의 필름을 제조하였다. 전지는 $LiCoO_2$와 mesophase pich-based carbon fiber(MCF)를 양극과 음극으로 각각 사용하여 제조하였다. 충방전시험은 0.2C에서 양극질량 기준으로 110mAh/g의 용량을 나타내었으며, 2.9-4.1V영역에서 400 cycle까지 초기용량의 $80\%$이상을 유지하였다. 이러한 결과는 GFC가 기계적 강도가 빈약한 고분자겔의 보강제로서 기계적 물성을 향상시킬 뿐 아니라 고분자 겔의 점탄성에 기인한 creep현상을 억제하여 고분자 겔 필름의 치수를 일정하게 유지시켜주어 전해질의 저항변화를 최소화시키고 전극간의 단락을 효과적으로 방지하는 것으로 추론할 수 있다.

• 한국안전학회지
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• 제32권2호
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• pp.34-37
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• 2017

In recent emerging industry, Display field becomes bigger and bigger, and also semiconductor technology becomes high density integration. In Flat Panel Display, there is an issue that electrostatic phenomenon results in fine dust adsorption as electrostatic capacity increases due to bigger size. Destruction of high integrated circuit and pattern deterioration occur in semiconductor and this causes the problem of weakening of thermal resistance. In order to solve this sort of electrostatic failure in this process, Soft X-ray ionizer is mainly used. Soft X-ray Ionizer does not only generate electrical noise and minute particle but also is efficient to remove electrostatic as it has a wide range of ionization. X-ray Generating efficiency has an effect on soft X-ray Ionizer affects neutralizing performance. There exist variable factors such as type of anode, thickness, tube voltage etc., and it takes a lot of time and financial resource to find optimal performance by manufacturing with actual X-ray tube source. MCNPX (Monte Carlo N-Particle Extended) is used for simulation to solve this kind of problem, and optimum efficiency of X-ray generation is anticipated. In this study, X-ray generation efficiency was measured according to target material thickness using MCNPX under the conditions that tube voltage is 5 keV, 10 keV, 15 keV and the target Material is Tungsten(W), Gold(Au), Silver(Ag). At the result, Gold(Au) shows optimum efficiency. In Tube voltage 5 keV, optimal target thickness is $0.05{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $2.22{\times}10^8$ x-ray flux. In Tube voltage 10 keV, optimal target Thickness is $0.18{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $1.97{\times}10^9$ x-ray flux. In Tube voltage 15 keV, optimal target Thickness is $0.29{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $4.59{\times}10^9$ x-ray flux.

• 한국재료학회지
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• 제20권12호
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• pp.669-675
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• 2010

One of the greatest challenges for our society is providing powerful electrochemical energy conversion and storage devices. Rechargeable lithium-ion batteries and fuel cells are among the most promising candidates in terms of energy and power density. As the starting material, $TiCl_4{\cdot}YCl_3$ solution and dispersing agent (HCP) were mixed and synthesized using ammonia as the precipitation agent, in order to prepare the nano size Y doped spherical $TiO_2$ precursor. Then, the $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized using solid state reaction method through the stoichiometric mixture of Y doped spherical $TiO_2$ precursor and LiOH. The Ti mole increased the concentration of the spherical particle size due to the addition of HPC with a similar particle size distribution in a well in which $Li_4Ti_5O_{12}$ spherical particles could be obtained. The optimal synthesis conditions and the molar ratio of the Ti 0.05 mol reaction at $50^{\circ}C$ for 30 minutes and at $850^{\circ}C$ for 6 hours heat treatment time were optimized. $Li_4Ti_5O_{12}$ was prepared by the above conditions as a working electrode after generating the Coin cell; then, electrochemical properties were evaluated when the voltage range of 1.5V was flat, the initial capacity was 141 mAh/g, and cycle retention rate was 86%; also, redox reactions between 1.5 and 1.7V, which arose from the insertion and deintercalation of 0.005 mole of Y doping is not a case of doping because the C-rate characteristics were significantly better.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.108-109
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• 2012

This talk will begin with the demonstration of facile synthesis of silicon nanostructures using the magnesiothermic reduction on silica nanostructures prepared via self-assembly, which will be followed by the characterization results of their performance for energy storage. This talk will also report the fabrication and characterization of highly porous, stretchable, and conductive polymer nanocomposites embedded with carbon nanotubes (CNTs) for application in flexible lithium-ion batteries. It will be presented that the porous CNT-embedded PDMS nanocomposites are capable of good electrochemical performance with mechanical flexibility, suggesting these nanocomposites could be outstanding anode candidates for use in flexible lithium-ion batteries. Directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) can generate uniform and periodic patterns within guiding templates, and has been one of the promising nanofabrication methodologies for resolving the resolution limit of optical lithography. BCP self-assembly processing is scalable and of low cost, and is well-suited for integration with existing semiconductor manufacturing techniques. This talk will introduce recent research results (of my research group) on the self-assembly of Si-containing block copolymers for the achievement of sub-10 nm resolution, fast pattern generation, transfer-printing capability onto nonplanar substrates, and device applications for nonvolatile memories. An extraordinarily facile nanofabrication approach that enables sub-10 nm resolutions through the synergic combination of nanotransfer printing (nTP) and DSA of block copolymers is also introduced. This simple printing method can be applied on oxides, metals, polymers, and non-planar substrates without pretreatments. This talk will also report the direct formation of ordered memristor nanostructures on metal and graphene electrodes by the self-assembly of Si-containing BCPs. This approach offers a practical pathway to fabricate high-density resistive memory devices without using high-cost lithography and pattern-transfer processes. Finally, this talk will present a novel approach that can relieve the power consumption issue of phase-change memories by incorporating a thin $SiO_x$ layer formed by BCP self-assembly, which locally blocks the contact between a heater electrode and a phase-change material and reduces the phase-change volume. The writing current decreases by 5 times (corresponding to a power reduction of 1/20) as the occupying area fraction of $SiO_x$ nanostructures varies.