• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권8호
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• pp.2570-2575
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• 2021

The exchange behaviors of hydrogen isotopes between protonated lithium metal compounds and deuterated water or tritiated water were investigated. The various protonated lithium metal compounds were prepared by acid treatment of lithium metal compounds with different crystal structures and metal compositions. The protonated lithium metal compounds could more effectively reduce the deuterium concentration in water compared with the corresponding pristine lithium metal compounds. The H⁺ in the protonated lithium metal compounds was speculated to be more readily exchangeable with hydrons in the aqueous solution compared with Li⁺ in the pristine lithium metal compounds, and the exchanged heavier isotopes were speculated to be more stably retained in the crystal structure compared with the light protons. When the tritiated water (157.7 kBq/kg) was reacted with the protonated lithium metal compounds, the protonated lithium manganese nickel cobalt oxide was found to adsorb and retain twice as much tritium (163.9 Bq/g) as the protonated lithium manganese oxide (69.9 Bq/g) and the protonated lithium cobalt oxide (75.1 Bq/g) in the equilibrium state.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제15권2호
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• pp.314-320
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• 2024

Lithium dendrite formation is one of the most significant problems with lithium metal batteries. The lithium dendrite reduces the lithium metal batteries' cycling life and safety. To apply consistent external pressure to a lithium metal pouch cell, we design a press jig in this study. External pressure creates dense lithium morphology by preventing lithium dendrite formation. After 300 cycles at 1 C, the cells with the external pressure perform far better than the cells without it, with a cycling retention of 97.8%. The formation of stable lithium metal is made possible by external pressure, which also enhances safety and cyclability.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.365-382
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• 2023

A lithium metal anode with high energy density has the potential to revolutionize the field of energy storage systems (ESS) and electric vehicles (EVs) that utilize rechargeable lithium-based batteries. However, the formation of lithium dendrites during cycling reduces the performance of the battery while posing a significant safety risk. In this review, we discuss various strategies for achieving dendrite-free lithium metal anodes, including electrode surface modification, the use of electrolyte additives, and the implementation of protective layers. We analyze the advantages and limitations of each strategy, and provide a critical evaluation of the current state of the art. We also highlight the challenges and opportunities for further research and development in this field. This review aims to provide a comprehensive overview of the different approaches to achieving dendrite-free lithium metal anodes, and to guide future research toward the development of safer and more efficient lithium metal anodes.

• 멤브레인
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• 제33권1호
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• pp.13-22
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• 2023

리튬 금속 기반 전극의 높은 용량에도 불구하고, 제어가 어려운 덴드라이트 성장은 낮은 쿨롱 효율, 안전 문제를 야기해, 리튬금속 배터리의 상용화를 제한한다. 본 연구에서는 압전 복합체인 BaTiO₃/PVDF (BTO@PVDF) 기반 보호층을 리튬금속에 코팅, 덴드라이트에 의한 부피팽창으로 발생한 변형을 분극을 이용하여, 리튬 금속 전극의 안정성 및 성능을 향상하고자 한다. 이를 통해, 균일한 리튬이온의 증착이 가능해졌으며, BTO@PVDF 전극은 100 사이클 동안 약 98.1% 이상의 쿨롱 효율을 나타내었다. 또한, CV를 통해 향상된 리튬이온의 확산계수(D_Li+) 증가를 보였으며, 본 연구에서 제시된 전략은 리튬 금속 전극의 성능 향상에 새로운 길을 나타내준다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권11호
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• pp.3183-3189
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• 2010

In order to increase the specific capacitance and energy density of supercapacitors, non-aqueous supercapacitors were prepared using lithium transition-metal oxides and activated carbons as active materials. The electrochemical properties were analyzed in terms of the content of lithium transition-metal oxides. The results of cyclic voltammetry and AC-impedance analyses showed that the pseudocapacitance may stem from the synergistic contributions of capacitive and faradic effects; the former is due to the electric double layer which is prepared in the interface of activated carbon and organic electrolyte, and the latter is due to the intercalation of lithium ($Li^+$) ions. The specific capacitance and energy density of a supercapacitor improved as the lithium transition-metal oxides content increased, showing 60% increase compared to those of supercapacitor using a pure activated carbon positive electrode.

• 전기화학회지
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• 제22권2호
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• pp.69-78
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• 2019

리튬 금속 음극은 낮은 환원 전위, 고에너지 밀도로 인해 흑연을 대체할 차세대 음극재로 재조명 받고 있다. 하지만, 충방전시 리튬 금속 표면에서의 반복적인 산화/환원 반응에 의해 리튬 덴드라이트가 형성되며 이로 인해 수명특성이 급격하게 저하되고 더 나아가 내부 단락(Internal Short-circuit)과 같은 안전성 문제로 인해 상용화되기에는 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 연구 그룹에서는 리튬 금속에 미세 패턴을 형성하여 전류 밀도를 제어함으로써 덴드라이트 형성을 제어하였으나, 고전류밀도에서는 리튬 덴드라이트의 형성을 완벽하게 제어할 수는 없었다. 본 연구에서는 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 전해질 첨가제 Vinylene Carbonate(VC)를 도입하여 고율 충방전 시 미세 패턴화된 리튬 금속 전극의 덴드라이트 형성 억제를 극대화하고자 하였다. 미세 패턴화된 리튬 금속 전극과 VC 첨가제의 시너지 효과로 인해 높은 전류 밀도에서의 리튬 덴드라이트가 비교적 치밀하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 300사이클 동안 88.3%의 용량유지율을 보였으며, 기존의 미세 패턴화된 리튬 금속 전극에 대비하여 수명특성이 약 6배 이상 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권3호
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• pp.305-310
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• 2014

This study examined the morphological changes in lithium surface immersed in 1mol $dm^{-3}$ (M) $LiPF_6 $ dissolved in propylene carbonate (PC) containing different 1,2-dimethoxyethane (DME) concentrations as a co-solvent. A passivation film was formed on the surface of lithium metal by electrolyte decomposition. The passivation film formation reactions were significantly affected by the amount of co-solvent, DME, in electrolyte solution. A stable film was obtained from the 1 M $LiPF_6 $ / PC:DME (67:33) solution in which lithium electrode showed good electrochemical performances. Atomic force microscope (AFM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results revealed that there were no direct correlations between changes in the surface morphology of lithium metal and the resistance behavior of its passivation film.

• 전기화학회지
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• 제5권3호
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• pp.159-163
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• 2002

리튬 이차 전지에서 음극으로 리튬 금속은 매우 높은 에너지 밀도를 가치고 있으나 짧은 충방전 수명, 안정성 결여 및 고율 충방전특성 불량 등의 단점을 가지고 있다. 이는 리튬큼속과 전해액의 반응에 의해 표면보호막의 형성, 침상리튬 생성, 음극 표면적의 증가로 인한 리튬석출의 불균일성에 기인되어 싸이클 효율과 수명이 저하된다. 본 연구는 전해 액에 첨가제 benzene, toluene, tetramethylethylenediamine를 넣어 줌으로 전지 테스트에서 싸이클 효율과 수명이 향상됨을 확인 할 수 있었다. Impedance 측정결과 필름 저항의 감소와 전하전이 저항의 증가로 전해액의 첨가제가 리튬 표면에 새로운 층을 형성시킴으로서 이런 구성물들이 리튬과 전해액과의 반응성을 억제시킴과 동시에 리튬이 특이적으로 표면에 흡착되어 리튬의 석출 형태가 향상된 것으로 사료된다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권3호
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• pp.3-15
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• 2022

리튬은 가장 가벼운 금속으로 주기율표상의 첫 번째 금속이다. 리튬은 유기 화합물부터 알루미늄이나 마그네슘의 합금원소는 물론 전자기기나 전기 자동차용 리튬이온 이차전지의 양극재 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 따라서 리튬은 우리 일상생활에서 필수적인 금속이다. 전 세계 리튬의 사용량은 2000년도의 약 14,000 톤에서 2020년에는 약 82,200 톤으로 계속 증가하였다. 그러나 리튬은 지각 중 원소 존재도가 32 번째인 대표적인 희소금속이다. 본 연구에서는 생산량 및 용도와 리튬 제련기술에 대해 고찰하였다. 리튬은 자원이 종류에 따라 다양한 제련법으로 추출된다. 이러한 다양한 리튬의 제련기술은 리튬 2차 자원으로부터 리튬을 추출하는 새로운 재활용 프로세스의 개발에 필수적으로 필요하다.

• 전기화학회지
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• 제25권2호
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• pp.51-68
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• 2022

리튬금속전지는 높은 에너지 밀도를 구현시킬 수 있음에도 불구하고, 단락, 낮은 쿨롱 효율, 용량 손실, 사이클 성능 감소 등의 문제를 초래하는 덴드라이트 성장을 억제시키는 기술은 아직 학술연구 단계에 머물러 있다. 본 논문에서는 최근까지 발표된 리튬금속전극에서 덴드라이트 성장을 억제시킬 수 있는 방법을 4가지로 분류하여 분석해보았다. 즉, 리튬금속전극의 부피 팽창에 대응할 수 있는 유연한 SEI (solid electrolyte interface) 층, 덴드라이트 성장을 물리적으로 억제시킬 수 있는 SEI 지지층, 균일한 리튬 확산을 유도하여 리튬 성장을 조절하는 SHES (self-healing electrostatic shield) 메커니즘, 그리고 리튬의 균일한 전착을 유도하는 마이크로패터닝 등에 대해 연구된 사례들의 장단점을 분석하여, 리튬금속전극의 실용화 연구에 도움을 주고자 한다.