• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제25권6호
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• pp.813-818
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• 2004

A systematic study of microbial fuel cells comprised of thermophilic Bacillus licheniformis and Bacillus thermoglucosidasius has been carried out under various operating conditions. Substantial amount of electricity was generated when a redox mediator was used. Being affected by operation temperature, the maximum efficiency was obtained at 50$^{\circ}C$ with an open circuit voltage of ca. 0.7 V. While a small change around the optimum temperature did not make much effect on the cell performance, the rapid decrease in performance was observed above 70$^{\circ}C$. It was noticeable that fuel cell efficiency and discharge pattern strongly depended on the kind of carbon sources used in the initial culture medium. In the case of B. thermoglucosidasius, glucose alone was utilized constitutively as a substrate in the microbial fuel cell irrespective of used carbons sources. When B. licheniformis was cultivated with lactose as a carbon source, best charging characteristics were recorded. Trehalose, in particular, showed 41.2% coulombic efficiency when B. thermoglucosidasius was cultured in a starch-containing medium. Relatively good repetitive operation was possible with B. thermoglucosidasius cells up to 12 cycles using glucose as a carbon source, when they were cultured with lactose as an initial carbon source. This study demonstrates that highly efficient thermophilic microbial fuel cells can be constructed by a pertinent modulation of the operating conditions and by carefully selecting carbon sources used in the initial culture medium.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.43-44
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• 2007

SiO and graphite composite has been prepared by adopting high energy ball milling technique. The anode material shows high initial discharge and charge capacity values of 1138 and 568 mAh/g, respectively. Since the materials formed during initial discharge process the nano silicon/$Li_4SiO_3\;and\;Li_2O$ remains as interdependent, it may be expected that the composite exhibiting higher amount of irreversible capacity$(Li_2O)$ will deliver higher reversible capacity. In this study, pretreatment method of constant current-constant voltage (CC-CV) Provided high coulombic efficiency of SiO/C composite electrode removing the greater part of irreversible capacity.

• 유기물자원화
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• 제18권1호
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• pp.57-65
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• 2010

양성자 교환막 미생물연료전지(PEM-MFC)의 경우 양극의 표면적을 기준으로 유기물 제거능력을 산출하면 유기물 부하에 관계없이 $3.0gCOD/m^2$ 수준으로 나타났다. 또 안정적인 전압이 관찰된 시기의 쿨롱 효율은 22.4~23.4 %로 높지 않은 수준이었다. 양성자 교환막은 양성자뿐만 아니라 초산도 통과시키는 것으로 확인되었다. 양성자 교환막을 사용하지 않은 상향류식 미생물연료전지(ML-MFC)의 경우 다공성 RVC 전극을 사용한 관계로 전극의 외부면적당 유기물 제거능력은 $9.3{\sim}10.1gCOD/m^2{\cdot}d$로 나타났다. 이는 양성자 교환막을 사용한 경우에 비하여 3배 정도 높은 수준이다. 그러나 RVC 양극의 비표면적 차이에 따른 유기물 제거 능력 차이는 크지 않았다. ML-MFC의 경우 전기 발생이 안정적이지 못하였으며, 쿨롱 효율도 3.6~3.7 %로 매우 낮은 수준이었다. 전기 발생량이 안정적이지 못한 것은 음극에 성장한 미생물의 영향으로 판단된다. 이를 해결하기 위해 음극부의 공기주입량을 증가시키면 일시적으로 전기 발생이 증가하였으나 오래 지속되지 못하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권3호
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• pp.167-173
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• 2011

Ferricyanide를 환원제로 사용하는 이형반응기 미생물연료전지 시스템에서 전류밀도, 전력밀도, 쿨롱효율 등의 전기적 특성에 미치는 외부저항의 영향을 규명하고자 하였다. 음극반응기에 미생물을 접종하고 일정한 시간이 경과하면 안정적인 전기가 생산되었으며 $50{\Omega}$의 외부저항에서 0.13~0.16 V 범위의 전압이 발생되었다. 외부저항이 증가함에 따라 전류밀도는 감소하였으며 전력밀도는 일정한 값까지는 급격하게 증가하다가 서서히 감소하는 것으로 나타났다. 외부저항을 단계적으로 감소시키는 반복실험을 수행한 결과, 일정한 범위의 전류밀도까지는 측정값들의 편차가 크지 않았으나 높은 전류밀도 영역에서는 기질소모로 발생하는 농도손실의 영향으로 측정값의 변동성이 매우 크게 나타났다. 전력밀도 및 쿨롱효율은 MFC 시스템의 내부저항($134{\Omega}$)과 가까운 $100{\Omega}$의 외부저항에서 각각 $175.8mW/m^2$과 46.1%의 최대값을 가지는 것으로 나타났다.

• 전기화학회지
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• 제18권2호
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• pp.51-57
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• 2015

상온 이온성 액체인 propylmethylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PMPyr-TFSI)를 리튬이차전지 전해질 용매로 사용 시 PMPyr-TFSI 내 수분 및 브롬 불순물이 전지의 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 고전압 양극 물질인 $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ 스피넬 구조 양극을 이용한 반쪽 전지의 전해질로 PMPyr-TFSI를 사용 하는데 있어, PMPyr-TFSI의 수분 함유량을 각각 12, 77, 1060 ppm으로 제어하고 전압 곡선 개형 및 쿨롱 효율 거동 추적을 통해 PMPyr-TFSI 수분량이 전지 성능에 부정적인 영향을 미치는 것을 구체적으로 확인하였다. 또한, PMPyr-TFSI 전해질 내의 브롬 이온 불순물 양 제어를 통하여, 전지 내에서 브롬 이온 불순물과 관련한 전기화학 부반응을 찾아 내었다. 이들 할로겐 불순물에 의한 초기 전지 쿨롱 효율저하는 눈에 띠었으나, 수명 저하에는 큰 변화가 없음을 확인하였다.

• 신재생에너지
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• 제16권1호
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• pp.58-67
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• 2020

Microbial electrosynthesis has recently been considered a potentially sustainable biotechnology for converting carbon dioxide (CO₂) into valuable biochemicals. In this study, bioelectrochemical acetate production from CO₂ was studied in an H-type two-chambered reactor system with an anaerobic microbial consortium. Metal-rich mud flat was used as the inoculum and incubated electrochemically for 90 days under a cathode potential of -1.1 V (vs. Ag/AgCl). Four consecutive batch cultivations resulted in a high acetate concentration and productivity of 93 mmol/L and 7.35 mmol/L/day, respectively. The maximal coulombic efficiency (rate of recovered acetate from supplied electrons) was estimated to be 64%. Cyclic voltammetry showed a characteristic reduction peak at -0.2~-0.4 V, implying reductive acetate generation on the cathode electrode. Furthermore, several electroactive acetate-producing microorganisms were identified based on denaturing- gradient-gel-electrophoresis (DGGE) and 16S rRNA sequence analyses. These results suggest that the mud flat can be used effectively as a microbial source for bioelectrochemical CO₂ conversion.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제15권4호
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• pp.127-137
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• 2019

Recently, high electrochemical performance anode materials for lithium ion secondary batteries are of interest. Here, we present silicon-carbon-graphene (Si-C-GR) composites for high performance anode materials of lithium ion secondary battery (LIB). Aerosol process and heat-treatment were employed to prepare the Si-C-GR composites using a colloidal mixture of silicon, glucose, and graphene oxide precursor. The effects of the size of the silicon particles in Si-C-GR composites on the material properties including the morphology and crystal structure were investigated. Silicon particles ranged from 50 nm to 1 ㎛ in average diameter were employed while concentration of silicon, graphene oxide and glucose was fixed in the aerosol precursor. Morphology of as-fabricated Si-C-GR composites was generally the shape of a crumpled paper ball and the Si particles were well wrapped in carbon and graphene. The size range of composites was about from 2.2 to 2.9 ㎛. The composites including silicon particles larger than 200 nm in size exhibited higher performance as LIB anodes such as capacity and coulombic efficiency than silicon particles less than 100 nm, which were about 1500 mAh/g at 100 cycles in capacity and 99% in coulombic efficiency, respectively.

• 전기화학회지
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• 제5권4호
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• pp.173-177
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• 2002

Electrochemical characteristics of a graphite/lithium and a $LiCoO_2/lithium$ half cell and a $graphite/LiCoO_2$ full cell were analyzed using a GCSOC (gradual control test of the state of charge) technique. The IIE (initial intercalation coulombic efficiency), which represents lithium intercalation property of the electrode material, and the $lIC_s$ (initial irreversible capacity by the surface), which represents irreversible reaction between the electrode surface and the electrolyte were obtained from the GCSOC analysis. Linear-fittable capacity ranges of IIE of graphite and $LiCoO_2$ electrodes were 370 and 150 mAh/g, respectively, based on material weight. The value of lIE for graphite and $LiCoO_2$ electrodes were $93-94\%$ and $94-95\%$, respectively. The value of IICs for graphite and $LiCoO_2$ electrodes were 15-17 mAh/g and 0.3-1.7 mAh/g, respectively. The value of IIE for $graphite/LiCoO_2$ full cell, used GX25 and DJG311 as a graphite, was $89-90\%$ that lower than that for the half cells. Parameters of IIE and IICs can also be used to represent not only half cell but also full cell.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제11권5호
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• pp.863-869
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• 2001

A systematic study of microbial fuel cells comprised of alkalophilic Bacillus sp. B-31 has been carried out under various operating conditions. A significant amount of electricity was generated when redox mediators were used. Among the phenothiazine-type redox dyes tested, azure A was found to be the most effective both in maintaining a high cell voltage and for the long-term operation. The maximum efficiency was and for the long-term operation. The maximum efficiency was obtained at ca. $50^{\circ}C$ giving an open circuit voltage of 0.7V. A small change in temperature did not significantly affect the cell performance, but a rapid decrease in performance was observed below $20^{\circ}C$ and above $70^{\circ}C$. It was noticeable that fuel cell efficiency and discharge pattern depended strongly on the carbon source used in the initial culture medium. Regardless of the initial carbon sources, only glucose and trehalose were utilized as substrates. Galactose, however, was not substantially utilized except when galactose was used in the initial medium. Glucose, in particular, showed $87\%$ coulombic efficiency, which was the highest value ever reported, when Bacillus sp. was cultured in a maltose-containing medium. This study demonstrates that highly efficient microbial fuel cells can be constructed with alkalophilic microorganisms by fine-tuning the operating conditions and by carefully selecting carbon sources in the initial culture medium.

• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.21-27
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• 2016

바나듐 레독스 흐름 전지는 황산 바탕용액 내 바나듐 이온을 함유하는 전해질을 활용하여 충전과 방전을 번갈아 운전하는 에너지 저장 장치 중 하나이다. 양극액엔 $V^{5+}$와 $V^{4+}$가 음극액엔 $V^{2+}$와 $V^{3+}$가 충전 또는 방전 모드에 따라 주로 존재하게 된다. 두 종류의 바나듐 용액이 혼액되는 것을 방지하기 위해 주로 수소이온교환막을 활용하여 전체 셀을 완성하게 된다. $V^{5+}$의 높은 산화력으로 현재 듀퐁사의 Nafion 117이 유력하나 바나듐 이온의 높은 크로스오버라는 단점을 극복해야 한다. 본 연구에서는 상기 단점을 극복할 뿐만 아니라 고가의 Nafion계 막의 가격을 저감하고 화학적 안정성을 지속적으로 유지하기 위해 다공성 폴리에틸렌 필름에 나피온 고분자를 함침하여 바나듐 레독스 흐름 전지용 복합막을 제조하였으며, 상용막인 Nafion 117과 성능을 비교 분석하였다. 복합막의 두께가 두꺼워질수록 함수율과 이온전도도가 증가 하였으나 Nafion 117에 비해 다소 낮은 성능을 확인하였으며, 바나듐 이온의 투과성은 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 충 방전 실험 결과, $190{\mu}m$ 두께의 나피온 복합막이 가장 좋은 성능을 보였으며, Nafion 117과 비교하여 전압효율은 낮아졌지만, 충 방전 효율이 높아져 전체적인 에너지 효율은 비슷하게 측정되었다. 또한 6.4% 중량비에 해당하는 지지체만큼의 과불소화 술폰산 고분자의 중량이 감소함에 따라 비용을 절감할 수 있었으며, 성능면에서는 바나듐 이온의 투과도를 낮추어 자가 방전 속도를 저하시키면서 충 방전 용량의 감소가 느려지는 것을 알 수 있었다.