• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권1호
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• pp.139-142
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• 2018

Silicon (Si) is a promising anode material for next-generation lithium ion batteries (LIBs) because of its high capacity of 4,200 mAh/g ($Li_{4.4}Si$ phase). However, the large volume expansion of Si during lithiation leads to electrical failure of electrode and rapid capacity decrease. Generally, a binder is homogeneously mixed with active materials to maintain electrical contact, so that Si needs a particular binding system due to its large volume expansion. Polyvinyl alcohol (PVA) is known to form a hydrogen bond with partially hydrolyzed silicon oxide layer on Si nanoparticles. However, the decrease of its cohesiveness followed by the repeated volume change of Si still remains unsolved. To overcome this problem, we have introduced the electrospinning method to weave active materials in a stable nanofibrous PVA structure, where stresses from the large volume change of Si can be contained. We have confirmed that the capacity retention of Si-based LIBs using electrospun PVA matrix is higher compared to the conservative method (only dissolving in the slurry); the $25^{th}$ cycle capacity retention ratio based on the $2^{nd}$ cycle was 37% for the electrode with electrospun PVA matrix, compared to 27% and 8% for the electrodes with PVdF and PVA binders.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제15권1호
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• pp.198-206
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• 2024

Given the high theoretical capacity (1,675 mAh g^-1) and the inherent affordability and ubiquity of elemental sulfur, it stands out as a prominent cathode material for advanced lithium metal batteries. Traditionally, sulfur was sequestered within conductive porous carbons, rooted in the understanding that their inherent conductivity could offset sulfur's non-conductive nature. This study, however, pivots toward a transformative approach by utilizing diatom shell (DS, diatomite)-a naturally abundant and economically viable siliceous mineral-as a sulfur host. This approach enabled the development of a sulfurlayered diatomite/S composite (DS/S) for cathodic applications. Even in the face of the insulating nature of both diatomite and sulfur, the DS/S composite displayed vigorous participation in the electrochemical conversion process. Furthermore, this composite substantially curbed the loss of soluble polysulfides and minimized structural wear during cycling. As a testament to its efficacy, our Li-S battery, integrating this composite, exhibited an excellent cycling performance: a specific capacity of 732 mAh g^-1 after 100 cycles and a robust 77% capacity retention. These findings challenge the erstwhile conviction of requiring a conductive host for sulfur. Owing to diatomite's hierarchical porous architecture, eco-friendliness, and accessibility, the DS/S electrode boasts optimal sulfur utilization, elevated specific capacity, enhanced rate capabilities at intensified C rates, and steadfast cycling stability that underscore its vast commercial promise.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.75-80
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• 2004

Feasibility of the small capacity fuel cell powered vehicle is carried out for system design with loading characteristics. The major design concepts which include battery, driving motor, and fuel cell module are analyzed and discussed for the future development. A load characteristics program is developed in order to calculate the traction power of fuel cell vehicle according to the driving courses specified. Further, the small capacity fuel cell vehicle is analyzed to determine the capacity of stack as a function of the velocity for an appropriate power required.

• 한국세라믹학회지
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• 제37권2호
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• pp.128-133
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• 2000

In this work, soft carbons produced by pyrolysis of petroleum and coal-tar pitch were used as the negative electrode for Li-ion batteries. We studeid the charge/discharge capacity and the interfacial reaction of these electrodes by constructing a half cell. Charge/discharge property was studied by a constant-current step and the interfacial reaction between the electrolyte and the surface of a carbon electrode was studied by the cyclic voltammetry. The initial charge/discharge capacity for the coal-tar pitch carbon increased exceedingly with the heat treatment temperature. On hte other hand, the capacity of the petroleum pitch carbon increased with temperature up to 1000$^{\circ}C$, thereafter decreased continuously. While the charge capacity decreased with the cycle number, the reversibility increased above 90%. In addition, the thermal stability and crystallization of petroleum and coal-tar pitches were analyzed by TGA and XRD, respectively.

• 전기화학회지
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• 제16권2호
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• pp.85-90
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• 2013

현재 리튬이온전지의 음극활물질로 사용하는 흑연은 이론 비용량이 372 mAh/g이고 진밀도는 2.2 g/ml이다. 현재의 상용 리튬이차전지보다 더 높은 에너지밀도를 갖는 전지의 개발을 위해 기존의 흑연을 대체하기 위한 신소재로서 실리콘과 주석 등에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 아연도 가능성 있는 후보 재료의 하나이다. 아연재료의 이론 비용량과 진밀도는 412 mAh/g과 7.14 g/ml이다. 본 연구에서는 인듐과 니켈을 포함하는 아연계 재료를 합성하고자 하였으며, 균질한 혼합 조성을 얻고자 금속 이온의 sol을 제조하고 gel화하여 소결제조 함으로써 화학적 분산으로 균질한 혼합조성을 가지는 아연계 재료를 제조하고 아연계 음극활물질의 리튬이차전지의 1차 방전 비용량은 910 mAh/g이고 31회, 62회에서는 365 mAh/g, 78 mAh/g의 높은 비용량을 나타내었다. 이와 함께 1차 Ah 효율은 45%였으며, 2회 부터는 정량적인 효율을 나타내었다. 낮은 초기 Ah 효율을 높이고자 리튬 금속을 전극에 부착함으로써 비가역 비용량을 해소 할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제24권1호
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• pp.10-19
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• 2014

본 연구에서는 아연공기전지용 분리막으로 사용하기 위한 다공성 막을 Polyethersulfone (PES) 용액의 상전이법을 이용하여 제조하였다. 캐스팅 용액은 PES/polyvinylpyrrolidone(PVP)/N-methylpyrrolidone(NMP) 용액으로 그리고, 비용매는 물을 사용하여 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막을 이용하여 아연공기전지를 제작하였다. 분리막의 모폴로지는 캐스팅 용액 내의 PES 및 PVP의 함량을 통해 조절하였다. 제조된 분리막의 기계적 특성, 이온전도도 및 모폴로지는 인장실험, impedance 실험 및 SEM을 이용하여 측정하였다. 아연공기전지의 성능은 current interrupt method (CIM)와 정전류 방전실험을 통하여 측정하였다. 캐스팅 용액 내의 PES 함량이 증가함에 따라 기계적 강도는 증가한 반면 이온전도도는 감소하였다. 반면, 캐스팅 용액 내의 PVP 함량이 증가함에 따라 이온전도도는 증가하였지만 기계적 강도는 감소하였다. 이와 같은 이온전도도 경향의 아연공기전지 내에서의 효과는 current interrupt method와 정전류 방전실험에서 확인되었다. PES 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 높은 IR 손실과 낮은 방전용량을 보였으며, PVP 함량이 높은 캐스팅 솔루션의 분리막으로 제조된 전지는 낮은 IR손실과 높은 방전용량을 보였다.

• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.131-136
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• 2020

기존의 석유계부산물 기반 음극재의 대체물질을 개발하고자, 친환경적이며 가격이 저렴한 대나무 기반 1차 탄화숯을 저온 흑연화 공정을 통해 흑연으로 전환 후 음극재로 활용하였다. 저온 흑연화 공정을 위해 탄화철을 촉매로 사용하였으며, 첨가된 탄화철의 양에 따라 흑연화 정도를 X선 회절기(x-ray diffraction, XRD), 라만 분광기(raman spectroscopy), TEM (transmission electron microscopy)을 사용하여 분석 한 후 탄화철의 최적 양을 결정하였다. 가스흡착법(brunauer-emmett-teller, BET)를 사용하여 흑연화 숯의 기공특성도 분석하였다. 분석 결과 촉매 표면을 중심으로 비정질의 탄소가 흑연으로 전환되었으며, 흑연화 공정 후 촉매를 제거하기 위해 산 처리를 하는 동안 기존의 1차 탄화숯보다 크기가 큰 기공이 형성되어 상대적으로 표면적이 줄어들었다. 최적 양의 촉매를 사용하여 제조된 흑연화 숯을 음극재로 활용하여 전지성능을 분석한 결과 1차 탄화숯과 비교하여 방전용량과 충방전 효율이 증가하였다. 이는 흑연화 공정으로 비정질의 탄소가 흑연으로 전환되었기 때문으로 추정되며, 전지성능을 더욱 향상시키기 위해서는 탄화철 촉매의 크기를 최대한 작게 조절하고, 흑연화 숯의 입자크기를 균일화 하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 공업화학
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• 제31권6호
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• pp.639-645
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• 2020

레독스흐름전지(redox flow battery, RFB)의 구성 부품 중 전극은 전해액의 확산층 역할을 함과 동시에 전자의 통로 역할을 담당하여 출력에 직접적인 영향을 미치는 주요 부품이다. 본 연구는 Fe2+/Fe3+와 V2+/V3+를 레독스 커플로 사용한 RFB 시스템에 chloric/sulfuric mixed acid 지지 전해액을 사용한 경우 전극 종류 및 활성화 정도에 따른 용량, 쿨롱 효율, 에너지 효율을 비교하여 최적의 전극 및 활성화 정도를 제시하였다. 실험에 사용된 5종의 탄소 전극을 사용한 단일셀 평가에서 모두 이론 용량에 근사한 값을 보여 신뢰성을 확보하였으며, 사용된 전극 중 GFD4EA는 상대적으로 우수한 에너지 효율 및 충방전 용량을 나타내었다. 활성화 온도에 따른 전기화학적 성능 고찰을 위하여 GFD4EA 전극을 공기 분위기 하에서 400, 450, 500, 600 및 700 ℃에서 열처리하여 활성화하였다. 질량 변화, 주사전자현미경(SEM) 및 XPS 분석을 통하여 활성화 전 후의 물성 변화를 관찰하였으며, 각각의 온도에서 활성화된 전극을 적용한 RFB 단일셀 평가를 실시하여 전기화학적 성능을 비교하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제33권1호
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• pp.83-91
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• 2016

ISG (Idle Stop & Go) 시스템이 적용되는 자동차에 적합한 납축전지를 개발하기 위해 전극재료인 3BS ($3PbO{\cdot}PbSO_4{\cdot}H_2O$)와 4BS ($4PbO{\cdot}PbSO_4$)의 생성조건과 활물질의 화성 방법에 따른 납축전지 초기 성능과 심방전에 미치는 영향에 대해 연구 하였다. 양극과 음극 활물질을 숙성반응 중 온도 제어로 최종 생성 활물질의 상이 변하며, 납축전지의 수명에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 초기 성능에는 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지와 Flooded 납축전지가 우수한 성능을 나타내는 반면 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 상대적으로 낮은 성능을 나타내었다. 또한, 활물질 화성 효율을 비교분석하기 위해 화성을 3 step과 9 step으로 구분하여 시험한 결과, 3BS로 제작된 AGM 납축전지에 비해 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지의 초기 성능이 우수 하였다. DOD17.5% 수명시험으로 수명성능을 비교한 결과, 잦은 심방전이 요구되는 ISG 시스템에서 Flooded 납축전지는 적합하지 않았으나, AGM 납축전지는 적합한 결과를 나타내었다. 결론적으로 AGM 납축전지가 ISG 시스템 적용 자동차에 적합하였고, AGM 납축전지의 숙성, 화성 방법에 따라 수명 성능이 80% 차이를 나타내는 것으로 확인되었다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2006년도 춘계학술발표대회
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• pp.1139-1142
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• 2006

Mobile Ad-hoc 네트워크(MANET)에서 각 노드들은 한정된 배터리에 의존하여 통신한다. 이와 같은 제한사항을 극복하기 위해 링크의 안정성을 유지하거나 파워 소모를 고려한 프로토콜에 대한 연구들이 활발히 이루어져 왔다. 하지만 링크의 안정성 또는 파워 소모의 어느 한 측면만을 고려함으로써 링크의 안정성은 높일 수 있으나 파워 소모가 효율적이지 못했다. 반면에 전체 파워소모는 줄일 수 있었으나 파워소모의 균형을 이루지 못함으로써 네트워크 수명을 오래 지속시킬 수 없는 문제점이 발생 했다. 본 논문에서는 배터리 잔량에 대한 threshold를 적용함과 동시에 신호세기를 고려하여 각 노드들의 균형된 파워소모와 네트워크 전체의 파워 소모를 최소화함으로써 네트워크 수명을 오래 지속시키기 위한 프로토콜인 PRTRS(Power Aware Routing Protocol based on Both Threshold by Residual Battery Capacity and Signal Strength in Mobile Ad-hoc Network)를 제안한다. PRTRS는 AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector Routing)를 기반으로 하였다. NS-2 네트워크 시뮬레이션 결과 PRTRS는 특정 노드로 집중되는 트래픽을 분산시켜 파워소모의 균형을 이루고 네트워크 전체의 파워소모를 최소화함으로써 네트워크 수명이 연장됨을 확인하였다.