• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권3호
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• pp.320-326
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• 2018

본 연구에서는리튬이온전지음극활물질로 Graphite의 전기화학적특성을향상시키기 위하여 Graphite/Silicon/Carbon (G/Si/C) 복합소재를 제조하였다. 제조된 G/Si/C 합성물은 XRD, TGA, SEM을 사용하여 물성을 분석하였다. 또한 $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) 전해액에서 리튬이차전지의 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 조사하였다. G/Si/C 전극을 사용한 리튬이온전지는 Graphite 전극을 사용한 전지보다 우수한 특성을 나타내었으며 Silicon 함량이 늘어날수록 용량은 높아지나 안정성이 저하됨을 확인하였다. 또한 $25{\mu}m$ 이하의 Silicon을 사용하였을 때 용량과 안정성 모두 향상되는 것을 나타내었다. Silicon (${\leq}25{\mu}m$) 10 wt%인 경우 G/Si/C 복합소재는 495 mAh/g의 초기 방전 용량, 89%의 용량 보존율과 2 C/0.1 C에서 80%의 속도 특성을 보였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제2권2호
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• pp.116-123
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• 2011

Herein, a novel preparation method of highly homogeneous carbon-silicon composite materials was presented. In contrast to conventional solvent evaporation method, a milled silicon-graphite or its oxidized material were directly reacted with petroleum-derived pitch precursor. After thermal reaction under high pressure, pitch-graphite-silicon composite was prepared. Carbon-graphite-silicon composite were prepared by an air-oxidization and following carbonization. From energy dispersive spectroscopy, it was observed that small Si particles were highly embedded within carbon, which was confirmed by disappearance of Si peaks in Raman spectra. Furthermore, X-ray diffraction and Raman spectra revealed that carbon crystallinity decreased when the strongly oxidized silicon-graphite was added, which was probably due to oxygen-induced cross-linking. From the anode application in lithium ion batteries, carbon-graphite-silicon composite anode displayed a high capacity ($565\;mAh\;g^{-1}$), a good initial efficiency (68%) and an good cyclability (88% retention at 50 cycles), which were attributed to the high dispersion of Si particles within cabon. In case of the strongly oxidized silicongraphite addtion, a decrease of reversible capacity was observed due to its low crystallinity.

• 한국재료학회지
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• 제29권5호
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• pp.317-321
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• 2019

We investigated the characteristics of nano crystalline silicon(nc-Si) thin-film solar cells on graphite substrates. Amorphous silicon(a-Si) thin-film solar cells on graphite plates show low conversion efficiency due to high surface roughness, and many recombination by dangling bonds. In previous studies, we deposited barrier films by plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) on graphite plate to reduce surface roughness and achieved ~7.8 % cell efficiency. In this study, we fabricated nc-Si thin film solar cell on graphite in order to increase the efficiency of solar cells. We achieved 8.45 % efficiency on graphite plate and applied this to nc-Si on graphite sheet for flexible solar cell applications. The characterization of the cell is performed with external quantum efficiency(EQE) and current density-voltage measurements(J-V). As a result, we obtain ~8.42 % cell efficiency in a flexible solar cell fabricated on a graphite sheet, which performance is similar to that of cells fabricated on graphite plates.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.487-492
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• 2021

본 연구에서는 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. NaCl을 주형으로 하여 스토버 법 및 마그네슘 열 환원법을 통해 실리콘 시트를 제조하고, 양친성 물질인 SDBS로 흑연과 결합시켜 실리콘 시트/흑연을 합성하였다. THF를 용매로 석유계 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재를 제조하였고, 음극복합소재의 물리적 특성은 XRD, SEM, EDS와 TGA를 통해 분석하였다. 전기화학적 특성은 LiPF₆ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%)의 전해액을 사용해 전지를 제조하여, 충·방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 전기화학적 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 실리콘 조성이 증가함에 따라 방전 용량이 증가하였고, 장기 안정성은 감소하는 경향을 보였다. 30 wt% 실리콘 조성을 갖는 실리콘 시트/흑연 복합소재에 피치를 코팅한 음극복합소재는 1228.8 mAh/g의 높은 초기 방전 용량을 보였으며, 50사이클 이후 용량 유지율은 77%로 실리콘 시트/흑연 복합소재에 비해 안정성이 개선됨을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권1호
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• pp.142-149
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• 2020

본 연구에서는 인조흑연의 낮은 이론용량을 개선하기 위하여 음극소재로서 흑연/실리콘/피치 복합소재의 전기화학적 성능을 조사하였다. 구형의 인조 흑연 표면을 polyvinylpyrrolidone (PVP) 양친성 물질로 코팅한 후 실리카를 성장시켜 흑연/실리카 소재를 합성하였으며, 석유계 피치 코팅과 마그네슘 열 환원법을 통해 흑연/실리콘/피치 복합소재를 제조하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재의 전극은 poly(vinylidene fluoride) (PVDF), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA) 바인더에 따라 제조하였으며, 다양한 전해액과 첨가제를 이용하여 전지를 조립하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재는 X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM)와 thermogravimetric analyzer (TGA)를 통해 물리적 특성을 분석하였으며, 전기화학적 특성은 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재는 흑연 : 실리카 : 피치 = 1 : 4 : 8일 때 높은 사이클 안정성을 보였다. PAA 바인더를 사용하여 제조된 전극은 높은 용량과 안정성을 보였으며, EC:DMC:EMC 전해액을 사용하였을 때 719 mAh/g의 높은 초기 용량과 우수한 사이클 안정성 나타내었다. 또한 vinylene carbonate (VC) 첨가시에 2 C/0.1 C 일 때 77% 용량 유지율과 0.1 C/0.1 C 일 때 88% 용량 회복을 나타냄을 확인하였다.

• 한국주조공학회지
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• 제3권3호
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• pp.174-180
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• 1983

The matrix changes and graphite formation in high manganese cast iron (Fe-12Mn-3.5C) are studied with increasing nickel and silicon content. Also, the decomposition of carbides and graphite precipitation are studied by adequate heat treatment.The results obtained in this work are as follows. 1. In high manganese cast iron, fine flakes graphite appeared by adding 5 wt% nickel and A-type flakes graphite can be obtained by adding 7 wt% nickel. 2. Nodular graphite are obtained by graphite spheroidizing treatment with same melt. 3. In high manganese cast iron containing 7 wt% nickel, full austenitic matrix with nodular graphite can be achieved by water quenching after 10 hours' solution heat treatment at $1050^{\circ}C$ in case of containing 2.0 wt% silicon, and 6 hours' at the same temperature in case of containing 2.5 wt% silicon.

• 한국주조공학회지
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• 제17권4호
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• pp.327-337
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• 1997

The current understanding of the mechanism of inoculation of the eutectic in commercial Fe-C-Si alloys using either silicon containing alloys or graphite has been discussed. The mechanism whereby inclusion formation within a cast iron melt is essential for inoculation effectiveness in ferro silicon inoculation has been reviewed. The role of graphitic inoculants has been presented, including the results of recent research that confirms the inoculating capability of graphite and demonstrates those factors which must be considered in evaluating inoculation effectiveness. Fading of inoculation, both ferro silicon and graphite, and the mechanism whereby this occurs, has also been discussed.

• 한국재료학회지
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• 제15권1호
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• pp.66-72
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• 2005

Surface modification of the silicon-coated graphite was carried out at $200^{\circ}C\~800^{\circ}C$ under hydrogen atmosphere. The silicon-coated graphites were prepared by fluidized-bed spray coating method. The components of silicon films prepared on the graphite consist of SiO, $SiO_x\;(1. The components of silicon films at $200^{\circ}C$ of heat treatment brought on the higher fraction of SiO and $SiO_x$ than that of $SiO_2$. However, inactive $SiO_2$ fraction increases with increase of the heat treatment temperature. The high content of SiO and $SiO_x$ in the silicon film on graphite leads to the higher discharge capacity in our experimental range.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제29권10호
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• pp.1965-1968
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• 2008

The effects of carbon-coated silicon/graphite (Si/Gr.) composite anode on the electrochemical properties were investigated. The nanosized silicon particle shows a good cycling performance with a reasonable value of the first reversible capacity as compared with microsized silicon particle. The carbon-coated silicon/graphite composite powders have been prepared by pyrolysis method under argon/10 wt% propylene gas flow at $700{^{\circ}C}$ for 7 h. Transmission electron microscopy (TEM) analysis indicates that the carbon layer thickness of 5 nm was coated uniformly onto the surface silicon powder. It is confirmed that the insertion of lithium ions change the crystalline silicon phase into the amorphous phase by X-ray diffraction (XRD) analysis. The carbon-coated composite silicon/graphite anode shows excellent cycling performance with a reversible value of 700 mAh/g. The superior electrochemical characteristics are attributed to the enhanced electronic conductivity and low volume change of silicon powder during cycling by carbon coating.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.118-123
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• 2019

본 연구에서는 리튬이온전지 음극소재인 흑연의 낮은 이론 용량을 개선하기 위해 흑연/실리콘/피치 음극 복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 흑연의 표면에 양친성 물질인 Polyvinylpyrrolidone (PVP)을 코팅한 후 (3-Aminopropyl)triethoxysilane(APTES)로 표면 처리된 실리카를 결합시켜 흑연/실리카를 합성하였으며, 실리카의 질량비에 따라 피치 소재로 코팅한 후 마그네슘 열 환원법을 통하여 실리카를 실리콘으로 환원시켜 흑연/실리콘/피치 복합소재를 제조하였다. 흑연/실리콘/피치 음극소재는 XRD, SEM과 TGA를 통해 물리적 특성을 분석하였으며, 전기화학적 특성은 1.0 M $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%)의 전해액을 사용하여 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 제조된 흑연/실리콘/피치 복합소재의 실리카 비율이 28.5 wt% 일때 537 mAh/g의 높은 초기 방전 용량을 나타내었으며, 30 사이클까지의 사이클 성능은 95%로 매우 우수한 사이클 안정성과 율속 테스트에서 0.1 C/0.2 C 일 때 98% 회복을 나타냄을 확인하였다.