• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권4호
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• pp.445-450
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• 2024

The expansion of lithium-ion battery usage beyond portable electronic devices to electric vehicles and energy storage systems is driven by their high energy density and favorable cycle characteristics. Enhancing the stability and performance of these batteries involves exploring solid electrolytes as alternatives to liquid ones. While sulfide-based solid electrolytes have received significant attention for commercialization, research on amorphous-phase glass solid electrolytes in oxide-based systems remains limited. Here, we investigate the glass transition temperatures and sintering behaviors by changing the molecular ratio of Li₂O/B₂O₃ in borate glass comprising Li₂O-B₂O₃-Al₂O₃ system. The glass transition temperature is decreasing as increasing the amount of Li₂O. When we sintered at 450℃, just above the glass transition temperature, the samples did not consolidate well, while the proper sintered samples could be obtained under the higher temperature. We successfully obtained the borate glass ceramics phases by melt-quenching method, and the sintering characteristics are investigated. Future studies could explore optimizing ion conductivity through refining processing conditions, adjusting the glass former-to-modifier ratio, and incorporating additional Li salt to enhance the ionic conductivity.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.63-70
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• 2024

Lithium-ion batteries (LIB) are widely used in various sectors, such as transportation (e.g., electric vehicles (EV)) and energy (e.g., energy storage facilities) due to their high energy density, broad operating temperature (-20 ℃ ~ 60 ℃), and high capacities. LIBs are powerful but fragile on external factors, including pressure, physical damage, overheating, and overcharging, that cause thermal runaway causing fires and explosions. During a LIB fire, a large amount of oxygen is generated from the decomposition of ionogenic materials. A water fire extinguisher that helps with cooling and suffocating must be essentially required at the same time. In fact, however, it is difficult to suppress LIB fires in the case of EVs because a LIB is installed with a battery pack housing that interrupts direct extinguishing by water. Thus, this study aims to investigate effective fire extinguishing measurements for LIB fires by using an EV. Relevant documents, including research articles and reports, were reviewed to identify effective ways of LIBs fire extinguishing. A real-scale fire experiment generating thermal runaway was carried out to figure out the combustion characteristics of EVs. This study revealed that the most effective fire extinguishing measurements for LIB fires are applying fire blankets and water tanks. However, there is still a lack of adequate regulation and guidelines for LIB fire extinguishment. Taking this into account, developing functional fire extinguishment measurements and available regulatory instruments is an urgent issue to secure the safety of firefighters and citizens.

• 전기화학회지
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• 제15권3호
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• pp.172-180
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• 2012

리튬이온전지의 양극소재인 $LiMn_2O_4$를 다양한 모양과 크기의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 사용해서 합성하였다. 첫 번째 단계로 수열합성법이나 침전법을 사용하여 ${\alpha}-MnO_2$, ${\beta}-MnO_2$, $Mn_3O_4$, amorphous $MnO_2$ 및 $Mn(OH)_2$ 등의 전구체를 합성하였고, 두 번째 단계로 이들 전구체로부터 고상법을 사용하여 다양한 형태의 $LiMn_2O_4$를 제조하였다. 합성된 $LiMn_2O_4$의 특성은 주사전자현미경과 XRD Rietveld구조분석을 통해 확인하고, Li coin cell로 조립하여 전극특성을 측정하였다. 500 nm크기의 팔면체(nano-octahedron) $LiMn_2O_4$가 1 C-rate와 50 C-rate에서 각각 107 mAh $g^{-1}$, 99 mAh $g^{-1}$의 높은 전지용량을 나타내며, 다양한 방전전류에서 가장 우수한 전기화학적 특성을 보인다. 3차원 팔면체 결정입자가 1차원 막대모양이나 2차원 판상모양의 다른 형태의 $LiMn_2O_4$보다 구조적 안정성도 우수한 것으로 평가된다. 또한 10 C-rate의 높은 전류로 500회 충 방전이 진행된 후에도 nano-octahedron $LiMn_2O_4$는 단지 5%의 용량감소(95% capacity retention)로 우수한 전극특성을 나타냈다.

• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.781-797
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• 2023

최근 들어 첨단산업에 활용되는 핵심광물의 확보를 위한 광물수요국들의 대응이 빠르게 진행되고 있다. 흑연은 중국 생산량이 압도적 우위에 있지만, EV 배터리 부문의 기하급수적인 성장에 따라 글로벌 공급에서 변화가 초래되고 있으며, 동 아프리카에서의 활발한 탐사가 좋은 사례이다. 우리나라에서도 생산이 증가되고 있다. 희토류는 첨단산업에 폭넓게 사용되고 있는 핵심원료이다. 세계적으로 희토류를 생산하는 광상은 카보너타이트형, 라테라이트형 및 이온흡착형 광상이 개발 중에 있다. 중국의 생산이 다소 감소되는 추세이지만 여전히 압도적인 우위를 점하고 있다. 최근 수년간의 변화는 미얀마의 급부상과 베트남의 생산 증가이다. 니켈은 다양한 화학 및 금속 산업에 사용되어 온 금속이지만 최근 밧데리 비중이 점차 증가되고 있는 추세이다. 세계 니켈 광상은 초염기성암에서 유래된 유화형 광상과 라테라이트형 광상으로 크게 구분된다. 유화형 광상은 호주에서 개발이 지속적으로 증가 할 것으로 예측되며, 라테라이트형 광상은 인도네시아에서의 개발이 촉진 될 것으로 보인다. 리튬이온 배터리 수요에 따라 니켈 시장도 견인될 것으로 전망된다. 세계 리튬 광상은 염호형(78%)과 암석/광물형(스포듀민 19%), 점토형(3%)이 생산되고 있다. 암석형 광상이 염호형 광상보다 품위가 다소 높지만 매장량이 적고 페그마타이트에 함유된 스포듀민 리튬광물이 대상이다. 칠레, 아르헨티나, 미국에서는 염호형 광상을 주로 개발하고 있으며, 호주와 중국에서는 염호 및 암석/광물 두 근원으로부터 리튬을 추출하고 있고 캐나다에서는 암석/광물로부터만 생산한다. 바나듐은 전통적으로 강철 합금에 약 90% 이용되어 왔으나 최근 대규모 전력 저장을 위한 바나듐 레독스 흐름배터리 용도가 증가 추세에 있다. 세계 바나듐 공급원은 광산에서 생산하는 바나듐을 함유한 철광석(81%)과 부산물에서 회수하는 바나듐(2차 근원, 18%)으로 양대분 된다. 81%를 차지하는 바나듐-철광석 근원은 제강공정에서 유래된 바나듐 슬래그가 70%를 차지하고 광산에서 생산하는 1차 근원인 광석은 30%에 불가하다. 이러한 공급원으로부터 중간재인 바나듐 산화물이 제조된다. 바나듐 광상은 함바나듐 티탄자철석형 광상, 사암 모암형 광상, 셰일 모암형 광상과 바나듐산염형 광상으로 구분되는데 함바나듐 티탄자철석형 광상만이 현재 개발되고 있다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.5-5
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• 2011

The research and development of hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) are intensified due to the energy crisis and environmental concerns. In order to meet the challenging requirements of powering HEV, PHEV and EV, the current lithium battery technology needs to be significantly improved in terms of the cost, safety, power and energy density, as well as the calendar and cycle life. One new technology being developed is the utilization of composite cathode by mixing two different types of insertion compounds [e.g., spinel $LiMn_2O_4$ and layered $LiMO_2$ (M=Ni, Co, and Mn)]. Recently, some studies on mixing two different types of cathode materials to make a composite cathode have been reported, which were aimed at reducing cost and improving self-discharge. Numata et al. reported that when stored in a sealed can together with electrolyte at $80^{\circ}C$ for 10 days, the concentrations of both HF and $Mn^{2+}$ were lower in the can containing $LiMn_2O_4$ blended with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ than that containing $LiMn_2O_4$ only. That reports clearly showed that this blending technique can prevent the decline in capacity caused by cycling or storage at elevated temperatures. However, not much work has been reported on the charge-discharge characteristics and related structural phase transitions for these composite cathodes. In this presentation, we will report our in situ x-ray diffraction studies on this mixed composite cathode material during charge-discharge cycling. The mixed cathodes were incorporated into in situ XRD cells with a Li foil anode, a Celgard separator, and a 1M $LiPF_6$ electrolyte in a 1 : 1 EC : DMC solvent (LP 30 from EM Industries, Inc.). For in situ XRD cell, Mylar windows were used as has been described in detail elsewhere. All of these in situ XRD spectra were collected on beam line X18A at National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven National Laboratory using two different detectors. One is a conventional scintillation detector with data collection at 0.02 degree in two theta angle for each step. The other is a wide angle position sensitive detector (PSD). The wavelengths used were 1.1950 ${\AA}$ for the scintillation detector and 0.9999 A for the PSD. The newly installed PSD at beam line X18A of NSLS can collect XRD patterns as short as a few minutes covering $90^{\circ}$ of two theta angles simultaneously with good signal to noise ratio. It significantly reduced the data collection time for each scan, giving us a great advantage in studying the phase transition in real time. The two theta angles of all the XRD spectra presented in this paper have been recalculated and converted to corresponding angles for ${\lambda}=1.54\;{\AA}$, which is the wavelength of conventional x-ray tube source with Cu-$k{\alpha}$ radiation, for easy comparison with data in other literatures. The structural changes of the composite cathode made by mixing spinel $LiMn_2O_4$ and layered $Li-Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ in 1 : 1 wt% in both Li-half and Li-ion cells during charge/discharge are studied by in situ XRD. During the first charge up to ~5.2 V vs. $Li/Li^+$, the in situ XRD spectra for the composite cathode in the Li-half cell track the structural changes of each component. At the early stage of charge, the lithium extraction takes place in the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component only. When the cell voltage reaches at ~4.0 V vs. $Li/Li^+$, lithium extraction from the spinel $LiMn_2O_4$ component starts and becomes the major contributor for the cell capacity due to the higher rate capability of $LiMn_2O_4$. When the voltage passed 4.3 V, the major structural changes are from the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, while the $LiMn_2O_4$ component is almost unchanged. In the Li-ion cell using a MCMB anode and a composite cathode cycled between 2.5 V and 4.2 V, the structural changes are dominated by the spinel $LiMn_2O_4$ component, with much less changes in the layered $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, comparing with the Li-half cell results. These results give us valuable information about the structural changes relating to the contributions of each individual component to the cell capacity at certain charge/discharge state, which are helpful in designing and optimizing the composite cathode using spinel- and layered-type materials for Li-ion battery research. More detailed discussion will be presented at the meeting.

• 한국산업보건학회지
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• 제11권2호
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• pp.111-117
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• 2001

A cross-sectional study was performed to evaluate associations between lead biomarkers, lead-related symptoms, and ${\delta}$-aminolevulinic acid dehydratase (ALAD) genotype among 598 lead workers and 144 control office workers in storage battery industries, secondary smelting and litharge making industries. Lead inhibits the second enzymes, ALAD, in the heme synthesis pathway. ALAD gene, which codes for one of three isozymic proteins (termed ALAD1-1, ALAD1-2, and ALAD2-2), seems to modify the toxicokinetics of lead. The result as follows; The percents of total workers whose genotype of ALAD1-1 and ALAD1-2 were 88.4% and 11.6%, respectively. The zinc protoporphyrin in blood (ZPP) and ${\delta}$-aminolevulinic acid in urine (ALAU) of lead workers with ALAD1-2 were significantly lower than those of lead workers with ALAD1-1, but there were no significant difference between two genotype for blood lead, age, and work duration. The proportion of ALAD1-2 genotype in control office workers was 13.2%. The proportions of ALAD1-2 genotype of lead workers were 14.0%(their mean air lead level below $0.024mg/m^3$), 10.4%($0.025-0.049mg/m^3$), 11.8%($0.050-0.099mg/m^3$), and 9.4%(above $0.100mg/m^3$), respectively. In the logistic analysis of 15 lead related symptoms, 'arthralgia'(S7) symptom of ALAD1-2 was significantly lower (OR=0.481; 95% CI=0.248-0.932) than that of ALAD1-1, but 'feeling of irritation'(S11) of ALAD1-2 was significantly higher(OR=1.636; 95% CI=1.035-2.586) than that of ALAD1-1 after controlling possible confounder (blood lead, work duration, smoking and drinking habit).

• 한국화재소방학회논문지
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• 제34권2호
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• pp.147-155
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• 2020

본 논문은 ESS 화재전용 소화약제 및 소화시스템 개발에 관한 연구이다. ESS 화재를 진압하기 위해 제작된 소화약제는 침윤제 타입으로 주된 소화효과인 냉각작용과 더불어 질식작용과 함께 표면장력 및 점도를 낮춘 침투성이 높은 소화약제로 ESS 모듈 내부의 배터리 셀까지 소화약제가 침투 가능한 특징이 있다. 소화시스템의 경우 랙 단위로 화재를 진압하는 국소방출방식으로 설계하였고, 소화효과를 극대화하기 위해 랙에 장착되는 일반형 노즐과 ESS 모듈 후면 홀에 삽입하는 360° 회전형 노즐을 제작하고, 가스방출압력에 의해 소화약제가 강하게 방사되도록 하였다. ESS 모듈 1단위 및 모듈 3단위 화재진압성능 실험결과 소화약제 방사 후 각각 8 s 및 9 s 만에 눈에 보이는 화염이 모두 소멸되었다. 또한, 소화약제 방사종료 후 600 s 동안 재발화 여부를 확인한 결과 모든 화재진압성능 실험에서 재발화가 일어나지 않고 ESS 화재가 완벽히 진압되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권3호
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• pp.233-239
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• 2013

화학수소화합물 수소저장방법을 이용한 100 W 급 연료전지 시스템을 소형 무인항공기의 추진시스템으로 적용하는 연구를 수행하였다. 소형/경량 수소 발생 제어장치와 연료전지/배터리 하이브리드 전력 공급 방법으로 효율성 및 안정성을 증대하였다. $NaBH_4$ 수용액을 이용한 수소 발생장치와 Dead-end 형식의 PEMFC를 이용한 연료전지 시스템의 지상, 비행 시험이 수행되었다. 연료전지 스택을 안정적으로 운전하고, 높은 효율을 얻기 위해 45 kPa의 압력을 가하는 방법을 적용하였다. 수소 발생 시스템 내부 압력을 이용한 수소 발생 제어 장치는 45~55 kPa 사이에서 유지되며 안정적으로 수소가 공급되는 것을 확인하였다. 그 결과, 100 W 연료전지 시스템이 소형 무인항공기 적용하기에 무게 및 소비 전력을 만족함을 확인하였고, 시험비행을 통해 성능을 입증하였다.

• 정보처리학회논문지C
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• 제13C권5호
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• pp.541-548
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• 2006

센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 실현하기 위한 네트워크로 센싱 및 통신 능력으로 인간이 접근하기 어려운 다양한 곳에 설치되어 감시나 탐지 등을 통하여 데이터를 수집한다. 이러한 환경의 구현을 위하여 센서 네트워크에서 센서 노드가 수집한 데이터는 사용자에게 전달될 때 안전한 통신을 보장하기 위해 데이터의 암호화가 필요하다. 따라서 초소형, 빈번한 데이터 이동, 제한적인 계산 능력 및 저장 능력 그리고 배터리 전력 사용이라는 특성을 갖는 센서 노드에 알맞은 암호화를 위한 키 관리 구조가 요구된다. 본 논문은 계층 구조를 가진 센서 네트워크에 적합한 키 관리 메커니즘을 제안한다 센서 노드는 자신의 부모 노드에게 데이터를 전달하므로 모든 센서 노드에게 데이터를 보내는 기존의 방식보다 데이터 라우팅에 소모되는 에너지를 줄일 수 있다. 그리고 센서 노드는 각 계층에 따라 다른 능력을 가지고 있으며, 능력에 따라 센서 노드에게 다른 키 생성 프로토콜을 적용한다. 본 논문에서는 키 생성을 위한 정보를 공유하는 센서 노드의 수에 제한을 두어 키가 노출되었을 때 피해 범위를 줄인다. 또한 각 센서 노드는 키 갱신을 수행하여 새로운 키를 사용하며 효과적으로 안전한 데이터 암호화를 위하여 각 계층별로 다른 주기에 따른 키 갱신을 수행한다. 따라서 데이터를 보다 안전하게 암호화하며 효율적으로 키 갱신을 수행할 수 있다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권4호
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• pp.1253-1258
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• 2019

고분자를 기반으로 하는 고체 전해질은 수퍼커패시터, 배터리, 센서, 액추에이터 등 다양한 전기화학 소자에 응용이 가능한 소재로써, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도를 향상시키기 위해서 다양한 이온성 액체 기반의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체의 높은 전기적 특성 및 전기화학적, 열적 안정성과 고분자의 우수한 기계적인 강도를 활용한 젤 상태의 고체 전해질인 이온젤은 차세대 웨어러블 및 플렉시블 전자소자에 응용되어 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 이온성 액체와 고분자 기반의 고체 전해질을 제조하고 특성을 분석하여 탄소나노복합체 기반의 전극에 적용하여 다양한 전자소자에 응용이 가능한 이온전도도 및 안정성이 향상된 이온성 액체 기반의 고체 전해질을 개발하고자 한다. 제조된 고체전해질은 전기화학적 임피던스법을 이용하여 이온 전도도를 측정하여 보았으며 이온성 액체를 첨가하여 제조한 고체전해질의 이온 전도도가 1.26 × 10^-1 S/cm 로 확인되었다. 또한 제조된 고체 전해질을 이용하여 전고체형 수퍼커패시터를 제조하여 전기화학적 특성을 비교하여 보았으며, 수퍼커패시터의 전기화학적 특성 역시 이온성 액체를 첨가하여 제조된 고체 전해질을 사용하였을 때 향상된 전기화학적 특성을 나타내었다.