• 한국세라믹학회지
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• 제51권4호
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• pp.278-282
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• 2014

Due to high ionic conductivity and favorable oxygen electrocatalysis, doped $Bi_2O_3$ systems are promising candidates as solid oxide fuel cell cathode materials. Recently, several researchers reported reasonably low cathode polarization resistance by adding electronically conducting materials such as (La,Sr)$MnO_3$ (LSM) or Ag to doped $Bi_2O_3$ compositions. Despite extensive research efforts toward maximizing cathode performance, however, the inherent catalytic activity and electrochemical reaction pathways of these promising materials remain largely unknown. Here, we prepare a symmetrical structure with identically sized $Y_{0.5}Bi_{1.5}O_3$/LSM composite electrodes on both sides of a YSZ electrolyte substrate. AC impedance spectroscopy (ACIS) measurements of electrochemical cells with varied cathode compositions reveal the important role of bismuth oxide phase for oxygen electrocatalysis. These observations aid in directing future research into the reaction pathways and the site-specific electrocatalytic activity as well as giving improved guidance for optimizing SOFC cathode structures with doped $Bi_2O_3$ compositions.

• 공업화학
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• 제8권1호
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• pp.114-121
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• 1997

합성한 Polyphenylenediamine(PPD)와 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole(DMcT)을 다양한 비율로 혼합한 뒤 고분자 필름전지용 정극활물질을 제막하였다. 제막한 복합전극에 대해 SEM을 이용하여 도핑 전과 후의 표면구조의 변화를 관찰하였으며, 열적 안정성은 TGA를 이용하여 조사하였다. 또한 전기화학적 특성은 cyclic voltammetry를, 전기전도도는 dry box내에서 four-probe method를 이용하여 측정하였다. 제막한 필름의 열적 안정성은 $200^{\circ}C$ 이상이었으며, 전기전도도는 DMSO에서 제막한 후, 0.4% $LiCIO_4$로 도핑한 필름의 전기전도도가 가장 우수하였으며, 이 때의 값은 약 3S/cm이었다. 또한, 전기화학적 특성을 조사하여, DMcT가 PPD의 전기화학적 활성에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 대한화학회지
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• 제42권1호
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• pp.122-134
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• 1998

리튬 2차 전지의 양극재료로 사용되는 스피넬형 망간산화물$(Li_xMn_2O_4)$의 전기화학적 특성과 스피넬 전극에서 용량 감소가 일어나는 원인들에 대해 알아보았고, 용량감소를 억제할 수 있는 방안들을 제시하였다. 스피넬 전극의 가역성은 스피넬 산화물의 합성방법에 따른 순도, 입자크기 및 입자크기 분포, 전극극판을 구성하는 활물질, 카본 도전재 및 결합제의 상대적인 함량 그리고 극판의 미세구조 등에 의해 결정된다. 또한 전해액을 구성하고 있는 유기용매와 리튬염의 종류도 스피넬 전극의 충방전특성에 중요한 영향을 미친다. 스피넬의 합성단계에서는 불순물의 생성과 양이온 자리바꿈(cation mixing) 등을 최소화하여야 한다. 극판의 제조시 도전재의 양은 최소화하여야 하나 스피넬의 전도도가 작으므로 도전재의 양이 너무 적으면 극판의 저항에 의한 분극손실이 크다. 결합제는 극판 구성요소의 분산도와 기계적 강도의 측면에서 최적화되어야 한다. 액체전해질로 carbonate 계열의 용매에 fluorine을 포함하고 있는 리튬염을 사용할 경우에 전해액의 산화와 스피넬의 용해 정도가 적어 양극의 용량감소가 적다. 또한, 표면적이 크고 입자크기가 작은 도전재를 사용할 경우 분극손실은 적으나 잔해질의 분해반응이 심하므로 이들 사이에 적절한 trade-off가 요구된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.19-25
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• 2010

Composites of LSCF($La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-\delta}$) and CGO (gadolinium doped ceria)-based ceramics are logical candidate cathode materials with CGO electrolytes. LSCF with perovskite structure was synthesized and investigated by Solid State Reaction (SSR) method used as cathode materials for SOFC (solid oxide fuel cell). The optimized temperature was $1100^{\circ}C$ to synthesize $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-\delta}$ with rhombohedral structure. The polarization resistance of the LSCF/CGO (50:50 wt.%) was smaller than that of other composite cathodes. The analysis of the EIS data of LSCF/CGO suggests that the diffusion and adsorption-desorption of oxygen can be the key process in the cathodic reaction.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제11권4호
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• pp.411-420
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• 2020

Undesirable interfacial reactions between the cathode and sulfide electrolyte deteriorate the electrochemical performance of all-solid-state cells based on sulfides, presenting a major challenge. Surface modification of cathodes using stable materials has been used as a method for reducing interfacial reactions. In this work, a precursor-based surface modification method using Zr and Mo was applied to a LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ cathode to enhance the interfacial stability between the cathode and sulfide electrolyte. The source ions (Zr and Mo) coated on the precursor-surface diffused into the structure during the heating process, and influenced the structural parameters. This indicated that the coating ions acted as dopants. They also formed a homogenous coating layer, which are expected to be layers of Li-Zr-O or Li-Mo-O, on the surface of the cathode. The composite electrodes containing the surface-modified LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ powders exhibited enhanced electrochemical properties. The impedance value of the cells and the formation of undesirable reaction products on the electrodes were also decreased due to surface modification. These results indicate that the precursor-based surface modification using Zr and Mo is an effective method for suppressing side reactions at the cathode/sulfide electrolyte interface.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1609-1611
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• 2002

Multi-layer organic electroluminescent(EL) devices with Al-CsF composite as a cathode were fabricated. This device privides low driving voltage and high quantum efficiency. CsF is evaporated onto and diffuse into electron transport layer. $Alq_3$. The Fermi level of $Alq_3$ moves towards the LUMO level.

• 멤브레인
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• 제30권4호
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• pp.213-227
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• 2020

재생 불가능한 에너지 자원이 수년에 걸쳐 고갈됨에 따라, 재생 에너지 생산을 위한 보다 효과적인 방법에 대한 연구가 증가되었다. 연로전지 개발의 한 분야인 미생물 연료전지(MFC)는 이중 성능의 잠재력 덕분에 발전하였다. MFC는 박테리아와 같은 전극 감소 생물에서 전력을 모아서 전기 에너지를 생산한다. MFC는 폐수를 연료로 사용하여 에너지를 생산하고 폐수를 정화한다. 양성자 교환막(PEM)은 양극과 음극 챔버의 분리막으로, 양성자만 효과적으로 통과할 수 있게 하는 중요한 역할을 한다. Nafion은 MFC에 상업적으로 사용되는 PEM이지만 비용, 생산 시간, 양성자 전도성 차원에서 보완할 점들이 많다. 본 리뷰 논문에는 Nafion을 대체할 수 있는 새로 개발된 PEM 몇 가지를 논의하였다. 또한, PEM, 혼합 PEM 및 복합 PEM에 기반한 MFC를 요약하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.242-246
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• 2017

고온에서 Mn 이온 용출에 의한 성능저하를 보이는 스피넬 결정구조의 $LiMn_2O_4$ 양극 하이브리드 커패시터의 대안으로 열안정성이 높은 올리빈 결정구조의 $LiFePO_4$ 기반 복합양극 소재의 적용가능성을 연구하였다. $LiFePO_4$/활성탄셀을 이용한 1.0~2.3 V의 충 방전을 통한 수명평가에서 상온($25^{\circ}C$) 및 고온($60^{\circ}C$) 조건 모두에서 충 방전 사이클이 진행됨에 따라 음극(활성탄)의 저전압화에 따른 열화로 인한 용량저하 현상이 나타났다. 이의 해결을 위해 50:50 중량비율로 $LiFePO_4/LiMn_2O_4$, $LiFePO_4$/Activated carbon 및 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극을 제조하여 모노셀 충 방전 실험을 수행한 결과, 층상구조의 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$를 사용한 전극이 안정적인 전압거동을 보였다. 또한, 2.3 V 및 $80^{\circ}C$에서 1,000시간 부하를 통한 고온 안정성 실험에서도 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극이 상용 $LiMn_2O_4$ 양극에 비해 약 2배 가량 높은 방전용량 유지율을 보였다.

• 전기화학회지
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• 제4권2호
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• pp.58-64
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• 2001

기체/전해질/LSM $(La_{0.85}Sr_{0.15}MnO_3)$ 공기극이 만나는 삼상계면 (triple phase boundary) 주위에 YSZ ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) 코팅막 (coating film) 을 형성하여 추가로 삼상계면을 크게 늘린 새로운 전극 미세구조를 갖는 복합 공기극 (composite cathode) 을 개발하였다. 이 복합 공기극을 전해질 두께가 약 $30{\mu}m$인 연료극 (anode)v 지지체 위에 형성하여 $700\~800{\circ}C$의 온도에서 전류전압 특성 및 교류 임피던스 분석을 실시하였다. $800^{\circ}$, 공기 및 수소 조건에서 교류 임피던스 분석 결과 1000Hz주파수 영역을 대변하는 저항성분 R1은 연료극 분극 저항에 해당하였고 100Hz주파수 영역의 저항성분 R2는 공기극 분극 저항 성분, 그리고 10Hz이하 영역의 저항성분 R3는 전극을 통한 기체확산 저항성분으로 특히, 작동 조건인 공기 및 수소 분위기에서는 연료극 쪽 반응기체에 의한 기체확산 저항 성분임을 알 수 있었다. 전지성능 측정 결과 이 복합 공기극을 장착한 전지는 $800^{\circ}C$, 공기 및 산소 조건에서 각각 $0.55W/cm^2$ $1W/cm^2$의 높은 전지성능을 나타내었다. 전류전압 곡선은 기울기가 다른 두 구간으로 구분되었으며, 낮은 전류밀도 하에서 보이는 급격한 전압감소 구간은 공기극 분극저항이 주된 성능 저하의 원인인 반면, 높은 전류밀도 하에서 나타나는 완만한 전압 감소 구간은 전해질에 관련된 분극저항이 주된 성능 저하의 원인이었다.