• Carbon letters
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• 제25권
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• pp.14-24
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• 2018

Electrochemical properties and performance of composites performed by incorporating metal oxide or metal hydroxide on carbon materials based on graphene and carbon nanotube (CNT) were analyzed. From the surface analysis by field emission scanning electron microscopy and field emission transmission electron microscopy, it was confirmed that graphene, CNT and metal materials are well dispersed in the ternary composites. In addition, structural and elemental analyses of the composite were conducted. The electrochemical characteristics of the ternary composites were analyzed by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge tests, and electrochemical impedance spectroscopy in 6 M KOH, or $1M\;Na_2SO_4$ electrolyte solution. The highest specific capacitance was $1622F\;g^{-1}$ obtained for NiCo-containing graphene with NiCo ratio of 2 to 1 (GNiCo 2:1) and the GNS/single-walled carbon $nanotubes/Ni(OH)_2$ (20 wt%) composite had the maximum specific capacitance of $1149F\;g^{-1}$. The specific capacitance and rate-capability of the $CNT/MnO_2/reduced$ graphene oxide (RGO) composites were improved as compared to the $MnO_2/RGO$ composites without CNTs. The $MnO_2/RGO$ composite containing 20 wt% CNT with reference to RGO exhibited the best specific capacitance of $208.9F\;g^{-1}$ at a current density of $0.5A\;g^{-1}$ and 77.2% capacitance retention at a current density of $10A\;g^{-1}$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.426-438
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• 2023

차세대 전지로 주목받는 리튬-황 전지는 높은 에너지 밀도를 갖는 반면, 황의 절연 특성, 셔틀 현상 그리고 부피팽창으로 인하여 상용화에 어려움이 있다. 본 연구에서는 경제적이고 간단한 진공여과 방법으로 바인더와 집전체가 없는 프리스탠딩 전극을 제조하였고 탄소나노튜브(CNT)를 황의 전기전도도 향상을 위하여 사용하였다. 여기서 CNT는 집전체와 도전재 역할을 동시에 수행하였다. 추가로 리튬폴리설파이드의 흡착에 용이한 금속산화물(MO_x, M=Ni, Mg)을 CNT/S 전극에 첨가함으로써 리튬-황 전지의 셔틀반응을 억제하였다. MO_x@CNT/S 전극은 금속산화물을 도입하지 않은 CNT/S 전극에 비해 높은 용량 특성과 사이클 안정성을 나타내었으며, 이는 금속산화물의 우수한 리튬폴리설파이드 흡착 특성으로 인하여 황 활물질의 손실을 억제한 결과이다. MO_x@CNT/S 전극 중에서 NiO를 도입한 NiO@CNT/S 전극은 1 C에서 780 mAh g^-1의 높은 방전용량을 나타내었고 200 사이클 후 134 mAh g^-1으로 극심한 용량 감소가 나타났다. MgO@CNT/S 전극은 비록 초기 사이클에 544 mAh g^-1의 낮은 방전용량을 나타냈지만, 200 사이클까지 용량을 90% 유지하는 우수한 사이클 안정성을 나타내었다. 고용량과 사이클 안정성 확보를 위하여 Ni:Mg를 0.7:0.3의 비율로 혼합한 Ni_0.7Mg_0.3O@CNT/S 전극은 755 mAh g^-1 (1 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후에도 90% 이상의 용량 유지율을 나타내었다. 따라서 이원 금속산화물의 CNT/S 프리스탠딩으로의 적용은 고용량 특성뿐만 아니라 가장 큰 문제인 리튬폴리설파이드의 용출을 효과적으로 개선하여 경제적이고 고성능 리튬-황 전지의 개발이 가능함을 시사한다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.52-58
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• 2023

지구 기상이변에 대해 탄소중립의 중요성이 대두됨에 따라 무탄소 연료인 수소의 에너지원으로서의 활용도 역시 증대되고 있다. 일반적으로 수소는 연료전지(FC, Fuel Cell)에 활용되고 있으나, 이는 연소를 기반으로 하는 내연기관(ICE, Internal Combustion Engine)에도 활용될 수 있다. 특히 연료전지만으로 수소 활용 및 인프라 확장이 어려운 때에 이미 생산 측면이나 공급 측면에서 인프라가 기 구축되어 있는 내연기관은 수소 에너지 저변 확대에 큰 도움을 줄 수 있다. 다만 수소를 연소기반으로 활용할 경우 고온에서 공기 중 질소가 산소와 반응하여 유해배기물질인 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)이 생성될 수 있는 단점은 존재한다. 특히 냉간 (Cold Start) 운전 영역시 포함될 EURO-7 배기규제의 경우 워밍업(Warm-up) 과정에서 발생하는 배기배출물의 저감을 위한 노력도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2 L급 수소 직접분사방식 전기점화 (SI, Spark Ignition) 엔진을 활용하여 냉각수를 상온에서 88 ℃로 워밍업하는 과정에서 질소산화물 및 연료소모율의 변화 특성을 살펴보았다. 특히 수소는 기존의 가솔린, 천연가스, 액화석유가스(LPG, Liquified Petroleum Gas)와 달리 가연범위(Flammable range)가 넓기 때문에 공기과잉률(Excessive air ratio)을 희박하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 워밍업하는 과정에 있어서 공기과잉률을 1.6/1.8/2.0으로 변화하여 그 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과는 워밍업 시 공기과잉률이 희박해질수록 시간당 질소산화물의 배출이 적고, 열효율도 상대적으로 높으나 최종 온도까지 도달 시간이 길어짐에 따라 누적 배출량 및 연료소모율은 악화될 수도 있음을 시사한다.

• 전기화학회지
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• 제7권4호
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• pp.206-210
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• 2004

금속산화물 $(TiO_2,\;RuO_2,\;PbO_2,\;Ni(OH)_2)$과 Prussian blue (PB)를 각각 탄소반죽에 혼합한 후 스크린 프린팅 기법으로 6종의 탄소반죽 전극들을 제작하였다. 제작된 탄소반죽 전극들로 전자혀 시스템을 제작하여 다양한 음료수와 식품에 대한 감응을 0.1M carbonate buffer, pH 9.6완충 용액에 묽힌 후 대시간전류법의 방법으로 측정하였다 얻어진 자료를 주성분 분석법 (principal component analysis; PCA)으로 처리한 후 식음료의 맛을 평가할 수 있도록 2차원 좌표계에 표시하였으며, 그 결과 본 실험에서 제작한 시스템 및 분석법은 다양한 식음료의 종류를 뚜렷이 구분해 낼 수 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.157-164
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• 2021

최근 미세먼지와 관련된 환경문제를 개선하기 위해 유해물질을 제거할 수 있는 광촉매와 흡착제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전체 공극량이 일반 건설재료에 비해 상당히 큰 폼 콘크리트에 다량의 마이크로 공극를 갖는 야자계 활성탄소를 이용해서 다공성 폼 복합체를 제작하였다. 미세먼지 흡착 가능성을 평가하기 위해 제작된 폼 복합체에 대해 공극 구조를 분석하였다. 폼 복합체의 공극구조 분석은 측정된 질소 흡착등온선으로부터 BET와 Harkins-jura이론을 적용하였다. 분석결과 활성탄소를 혼입한 폼 복합체의 비표면적과 마이크로 공극 부피가 Plain보다 크게 증가하였다. 활성탄소 혼입율이 증가할수록 폼 복합체의 비표면적과 마이크로 공극 부피가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 폼 복합체가 가스상의 미세먼지 전구물질 NO_X에 대한 흡착성능이 높을 것으로 보인다.

• 한국토양비료학회지
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• 제37권6호
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• pp.371-377
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• 2004

산림토양에서의 황산이온 흡착은 식물의 흡수, 양이온 이동 및 산중화능 등 산림생태계의 황 동태에 중요한 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 산림토양 중의황산이온 분포와 그와 관련된 황산이온 흡착이 어떠한 토양특성에 의해 영향을 받는지를 밝히기 위해 수행되었다. 이를 위해 소나무와 신갈나무 임분으로 조성된 4개 산림지역을 대상으로 표토층과 심토층으로 구분하여 황산이온 흡착지표로서의 추출성 황산이온함량 및 황산이온 흡착능을 정량 한 후 관련 토양 물리화학적 특성인 pH. 양이온치환용량, 점토함량 및 Ai과 Fe 산화물의 종류별 함량과의 상관성을 분석하였다. 토양 중 추출성 황산이온 함량 및 황산이온 흡착능은 각 조사지별로 큰 차이를 보였으며 전체적으로 유기물 함량이 적고 Al 또는 Fe 산화물 함량은 많은 심토층이 표토층에 비하여 황산이온 흡착량이 많았다. 황산이온 흡착량이 많았던 심토층의$Al_d$와 $Fe_d$ 산화물 평균 함량은 각각 8.49와 $12.45g\;kg^{-1}$로 대체로 낮은 수준이었다. 황산이온 흡착지표들은 토양 pH, 양이온치환용량 및 점토함량과 대체로 유의적인 정의 상관관계를 보였다. 반면에 유기탄소 함량과는 부의 상관성을 보여 산림토양 중에서 유기물이 황산이온 흡착에 대해 경합물질로 작용함을 알 수 있었다. Ai과 Fe 산화물 중에서는 $Al_d,\;Al_o,\;Al_p,\;Al_a$ 및 $Fe_a$가 황산이온 흡착지표들과 유의성 있는 상관성을 보였으나, $Al_c$와 $Fe_c$는 황산이온 흡착지표들과 상관성이 없었다. 황산이온 흡착지표인자들과 토양 pH, 양이온치환용량 및 비결정형 Ai 함량간의 정의 상관관계 결과는 토양산성화로 인해 산림생태계에서 황 동태에 기여하는 산림토양의 황산이온 흡착 능력이 저하될 수 있음을 반영한다.

• Carbon letters
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• 제24권
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• pp.82-89
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• 2017

In this study, composite PAN-based ACNFs embedded with MgO and $MnO_2$ were prepared by the electrospinning method. The resultant pristine ACNFs, ACNF/MgO and $ACNF/MnO_2$ were characterized in terms of their morphological changes, SSA, crystallinity and functional group with FESEM-EDX, the BET method, XRD and FTIR analysis, respectively. Results from this study showed that the SSA of the ACNF/MgO composite ($1893m^2g^{-1}$) is significantly higher than that of the pristine ACNFs and $ACNF/MnO_2$ which is 478 and $430m^2g^{-1}$, respectively. FTIR analysis showed peaks of 476 and $547cm^{-1}$, indicating the presence of MgO and $MnO_2$, respectively. The FESEM micrographs analysis showed a smooth but coarser structure in all the ACNFs. Meanwhile, the ACNF/MgO has the smallest fiber diameter ($314.38{\pm}62.42nm$) compared to other ACNFs. The presence of MgO and $MnO_2$ inside the ACNFs was also confirmed with EDX analysis as well as XRD. The adsorption capacities of each ACNF toward $CH_4$ were tested with the volumetric adsorption method in which the ACNF/MgO exhibited the highest $CH_4$ adsorption up to $2.39mmol\;g^{-1}$. Meanwhile, all the ACNF samples followed the pseudo-second order kinetic model with a $R^2$ up to 0.9996.

• Tribology and Lubricants
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• 제36권3호
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• pp.117-123
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• 2020

In this study, the effect of the pre-mild wear mode test condition on the subsequent severe wear behavior of carbon steel has been investigated when the wear mode is varied according to the sliding speed change during sliding contact. Two sliding speeds of 0.3 m/s and 3 m/s for the mild wear mode test have been chosen and a sliding speed of 1 m/s for the severe wear mode test. A mild wear mode test at two different sliding speeds has been carried out during the severe wear mode test and total sliding distance of the mild wear mode test has been changed at this time. As a result, it could be found that the wear rate of carbon steel under the severe wear mode test after performing a pre-mild wear mode test is significantly reduced, compared with that before performing. However, its wear rate was slightly higher than that under the mild wear mode test. Oxides produced during the pre-mild wear mode test have been found to play a significant role in reducing the wear rate under the subsequent severe wear mode test. In particular, it was found that the effect of a pre-mild wear mode test performed at the sliding speed of 3 m/s has more rapid and the reduction in the wear rate was greater than thst at the sliding speed of 0.3 m/s.

• 한국분말재료학회지
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• 제22권5호
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• pp.350-355
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• 2015

Perforated polygonal cobalt oxide ($Co_3O_4$) is synthesized using electrospinning and a hydrothermal method followed by the removal of a carbon nanofiber (CNF) template. To investigate their formation mechanism, thermogravimetric analysis, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy are examined. To obtain the optimum condition of perforated polygonal $Co_3O_4$, we prepare three different weight ratios of the Co precursor and the CNF template: sample A (Co precursor:CNF template- 10:1), sample B (Co precursor:CNF template-3.2:1), and sample C (Co precursor:CNF template-2:1). Among them, sample A exhibits the perforated polygonal $Co_3O_4$ with a thin carbon layer (5.7-6.2 nm) owing to the removal of CNF template. However, sample B and sample C synthesized perforated round $Co_3O_4$ and destroyed $Co_3O_4$ powders, respectively, due to a decreased amount of Co precursor. The increased amount of the CNF template prevents the formation of polygonal $Co_3O_4$. For sample A, the optimized weight ratio of the Co precursor and CNF template may be related to the successful formation of perforated polygonal $Co_3O_4$. Thus, perforated polygonal $Co_3O_4$ can be applied to electrode materials of energy storage devices such as lithium ion batteries, supercapacitors, and fuel cells.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.419-428
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• 2020

The kinetics of direct methanation over activated charcoal-supported molybdenum catalyst at 30 bar was studied in a cylindrical fixed-bed reactor. When the temperature was not higher than 400℃, the CO conversion increased with increasing temperature according to the Arrhenius law of reaction kinetics. While XRD and Raman analysis showed that Mo was present as Mo oxides after reduction or methanation, TEM and XPS analysis showed that Mo₂C was formed after methanation depending on the loading of Mo precursor. When the temperature was as high as 500℃, the CO conversion was dependent not only on the Arrhenius law but also on the catalyzed reaction by nanoparticles, which came off from the reactor and thermocouple by metal dusting. These nanoparticles were made of Ni, Fe, Cr and alloy, and attributed to the formation of carbon deposit on the wall of the reactor and on the surface of the thermocouple. The carbon deposit consisted of amorphous and disordered carbon filaments.