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수지상 성장이 억제된 리튬 전극을 이끌어내는 리튬이온전지용 박리 그래핀
우상길,강희국,유지상 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
전기 자동차를 비롯한 전기 장치들에 대한 적용의 한계로 인해 높은 에너지밀도를 가지는 리튬이온전지에 대한 연구가 계속적으로 증가되고 있다. 리튬이차전지의 음극으로서 사용되는 리튬금속은 그것의 낮은 환원 전위와 높은 용량이라는 장점이 있음에도 적용을 어렵게 하는 큰 문제점들을 가지고 있다. 침상현상을 가지는 dendrite 조직의 발달로 인한 위험성의 증가와 전해액과의 큰 화학적 반응성으로 인한 낮은 쿨롱 효율이다. 우리는 이 문제들을 해결하기 위해 물리적, 구조적 특성을 제어한 그래핀 시트들을 이용하여 리튬의 증착 기판에서 나타나는 전류 분포 국지성을 제어하고자 하였다. 널리 이용되는 저가의 층간 팽창 흑연으로부터 수열반응을 통해 얻어낸 다층 그래핀을 절연성 고분자와 함께 혼합물을 만들어 스핀코팅을 통해 구리 박 위에 코팅하여 리튬 전기 증착 전극을 만들었다. 이 전극에서 리튬의 전기증착동안 그것이 조직변형을 관찰하였으며 전기화학적 특성과 함께 이를 보고자 한다.
우상길,황은경,유지상 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
EV나 ESS 시장이 확대되어감에 따라 리튬이차전지의 에너지 밀도 향상에 대한 요구가 보다 커지고 있지만 현재 상용 리튬이온전지의 음극 활물질인 흑연은 단위 질량당 용량의 한계로 인하여 고에너지 밀도를 요구하는 차세대 리튬이차전지 음극으로서는 한계를 나타내고 있다. 리튬 금속은 이론상 흑연 대비 10배의 용량이기 때문에 리튬 금속을 음극으로 적용하여 리튬이차전지의 고에너지밀도화를 구현하고자 하는 연구가 계속 진행되고 있다. 높은 용량 구현이 가능한 리튬 금속이지만, 덴드라이트 형태의 조직 성장과 이에 따른 가역 효율 저하는 리튬 금속 음극의 열악한 전기화학적 특성 문제뿐만 아니라 안전성에서도 치명적인 결함을 갖게 한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해 고체 초강산 특성을 갖는 sulfated zirconia를 활용하였다. Sulfate zirconia는 sol-gel 방법으로 합성하여 넓은 비표면적을 갖도록 하였고, 이를 PE 분리막에 코팅하여 리튬 금속 전지의 분리막으로 활용하였다. Sulfated zirconia를 코팅한 분리막을 적용했을 경우, 기존 PE 분리막을 적용한 경우보다 과전압이 낮아지고, 수명 특성이 향상된 것을 확인하였다.
기계적 유연성을 갖는 Sn-섬유집전체 음극의 전기화학적 특성
우상길,유시재,이하은,유지상 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
최근 가볍고, 유연하며, 구부릴 수 있고, 착용할 수 있는 플렉서블(Flexible) 전자 제품 및 IT 기기에 대한 관심이 커지면서, 이를 구동할 수 있는 전원장치도 동일한 기계적 유연성에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존의 상용 리튬이차전지의 경우에는 물리적인 변형이 발생했을 때, 전극 물질의 탈락과 집전체의 단절이 발생하고 이는 전지의 안전성 부분에서도 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 플렉서블 전원장치를 위한 새로운 개념의 전극 구조가 필요하다. 본 연구에서는 기계적 유연성을 가지는 섬유PET를 집전체로, Ni을 도포하여 전기전도도를 확보하였다. 또한, Ni과 Sn의 갈바닉 교환(galvanic replacement) 반응을 이용하여 집전체에 균일하게 나노 Sn을 치환하여 리튬 합금계 전극 물질로 적용하였다. 섬유기반의 음극의 전기화학적 성능 극대화를 위해 갈바닉 교환 반응의 온도, 반응시간, 농도 조건 등을 변화시키면서 이들의 합성 조건에 대한 최적화 조건을 연구하였다. 다양한 실험 조건을 통해 얻은 전극은 SEM, ICP, XPS 등을 통해 분석하였고, 반쪽 전지 시스템을 적용하여 전기화학적 특성 평가를 진행하였다.
우상길(Sang Kil Woo),홍영택(Young Taek Hong),권오채(Oh Chae Kwon) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11
Self-catalytic behavior of combustion-synthesized carbon nanotubes (CNTs) is evaluated using a double-faced wall stagnation flow burner with a CNT-deposited stainless steel plate wall. CNT formation is observed using field-emission scanning and transmission electron microscopies and Raman spectroscopy. A self-catalytic behavior of multi-walled CNTs (MWCNTs) shows the enhanced ratio of channel diameter to tube wall thickness and the enhanced intensity ratio of G-band to D-band in Raman spectroscopy, implying that the quality of metal-catalytic, flame-synthesized MWCNTs can be much improved via a CNT self-catalytic flame-synthesis process. Thus, using a DWSF burner through the self-catalytic process has potential in mass production of CNTs having much improved quality.
Size Effect of Chevrel MgxMo6S8 as Cathode Material for Magnesium Rechargeable Batteries
조우석,문보라,우상길,김재헌,박민식,김점수,김한수,김영준 대한화학회 2015 Bulletin of the Korean Chemical Society Vol.36 No.4
Submicrosized chevrel Mo6S8 powder is synthesized using mechanical milling of the starting materials and the powder yield is increased by using modified synthesis method. The effect of particle size is investigated using various electrochemical techniques. The submicrosized chevrel shows enhanced discharge capacity compared with that of microsized chevrel, and voltage profile indicates that the low capacity arising from Mg trapping at the Mg-1 site is improved for submicrosized chevrel. Mg trapping is also verified by ex situ X-ray diffraction measurement and the results are in good agreement with the electrochemical profile. Open-circuit voltage measurements and AC-impedance spectroscopy are used to identify the kinetics of Mg2+ insertion. The improved electrochemical properties obtained with the submicrosized chevrel are attributed to the smaller particles that provide shorter diffusion lengths for Mg2+ ions.
Importance of uniformly redistributing external pressure on cycling of pouchtype Li-metal batteries
최병준,이민규,우상길,정구진,이홍경,이제남,유지상 한국화학공학회 2023 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.40 No.3
Li-metal anode (LMA) is considered promising for overcoming the energy density limit of current Li-ion batteries. However, LMAs in large-scale cells are limited by uneven and excessive anode swelling, owing to the notorious buildup of a highly porous passivation (“dead” Li) layer. To demonstrate the impact of the pressure environment on the LMA swelling behavior and cycling stability, the distribution of the actual stack pressure was visualized in pouch cell platforms using pressure-sensitive films. If the stack pressure is not uniform, pouch cell failure occurs regardless of how high the applied pressure is. Conformal stack pressure assisted by the modified pressure setup with force redistributing pads enabled stable cycling even at a lower external pressure. By correlating with the thickness distribution of the “dead” Li layer over the LMA surfaces after cycling, it is suggested that a uniform stack pressure is crucial for mitigating anode swelling and the stable cycling of Li metal pouch cells.