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손윤국,오필건 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
We have developed a hierarchical 3D nanostructured graphene anode stabilized by the MoS<sub>2</sub> nanosheet. We emphasize that the MoS<sub>2</sub> layer can be stably maintained upon cycling by reversibly interacting with carbon surface, which enhanced the Li storage capability. To the best of our knowledge, these phenomena have not been previously reported, nor is it under consideration elsewhere. Notably, our anode has demonstrated a high discharge capacity of 1,549 mAh g-1 after 500 cycles at a rate of 1C. In addition, even at harsh condition of 20C and 100C rates, the substantial discharge capacities of 259 and 195 mAh g<sup>-1</sup> are obtained. More critically, the interfacial stabilizing effect between graphene and MoS2 layers are carefully analyzed using a theoretical calculation in terms of the charge distribution and migration energy barriers.
NCM삼원계 layered소재의 고전압 구동시 표면 안정성을 위한 MnPO<sub>4</sub> 코팅기술
이채원,손윤국,김창우,오필건 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구는, 고용량 고에너지 밀도 리튬이온배터리 양극 소재 개발을 목표로 한다. 기존의 소형 배터리 시장에서 전기차 시장 및 에너지 저장장치의 확대 적용되므로 리튬이온배터리에 많은 연구가 집중되고 있다. 해당 연구는 NCM 삼원계 layered 양극물질 소재를 고전압화학에 있어 발생하는 계면의 불안정성을 개선하여 고용량, 고에너지 밀도를 얻을 수 있는양극소재를 개발하고자 한다. 기존의 고전압화 연구에서는, TiO<sub>2</sub>와 Li<sub>2</sub>ZrO<sub>3</sub>와 같은 안정한 산화물을 표면에 코팅하여 양극 표면과 전해액 사이의 계면 불안정성을 해결하고자 하였다. 하지만 기존의 연구들은 Ni계 소재 고전압화의 근본적인 문제를 해결하지 못하고, 그 열화를 단순 지연시키는 연구에 그쳤다. 본 연구는 MnPO<sub>4</sub>를 이용한 새로운 표면처리를 통해 소재 표면에 Mn 농도구배와 Li<sub>X</sub>PO<sub>Y</sub>를 형성한다. 이 표면층은, 근본적으로 계면의 불안정성에 영향을 주는 환원반응이나 전이금속용출에 의한 부반응이나 구조적 불안정성을 개선해 주며, 뿐만 아니라 이전 연구에서 해결하지 못했던 미소균열에 대한 문제까지 추가로 해결 가능하다.
Li-rich 소재의 초기 효율과 수명 특성을 개선하기 위한 그라핀옥사이드 코팅기술
김도현,손윤국,김창우,오필건 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구는, Li-rich 소재를 사용한 고용량 리튬이차전지 개발을 목표로 한다. 최근 전기차, 전력저장 시스템 등의 신규 거대 시장이 형성 되면서 고용량 리튬이차전지에 많은 연구가 집중되고 있다. 본 연구는 Li-rich 소재의 고용량 특성을 이용함과 동시에 해당 소재의 문제점으로 지적되어 왔던 낮은 초기 효율 문제와 수명 특성을 개선함으로써 고용량 양극소재를 개발하고자 한다. 본 연구에서는 Li-rich 소재의 한계점을 극복하기 위해 산화 그래핀(GO)을 Li-rich 양극 소재의 표면에 코팅하고, hydrazine 처리를 통해 GO의 환원및 Li2MnO3상의 화학적으로 활성화 하고자 한다.
황화물계 전고체 리튬이온전지의 연구 동향과 앞으로의 연구 방향
오필건,손윤국,김창우 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
Sulfide all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) have received great attention as substitutes for conventional lithium-ion batteries (LIBs) owing to their safety, wide operating temperature range, and feasible battery package design. However, the disparity in energy and power density between the current sulfide ASSLBs and conventional LIBs is still wide, owing to a lack of understanding of the battery electrode system. Herein, in order to understand the current status of sulfide- ASSLBs development and determine the future research direction, we will compare the present sulfide-ASSLBs with the conventional LIBs’ technologies. Furthermore, to solve present drawbacks, we will propose an innovative research direction with its limitations in recent research, suggesting new insights in this rapidly developing the sulfide all-solid-state lithium batteries.
박희경,손윤국,김지성,이정수 한국화학공학회 2023 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.40 No.3
The increasing demand for electric vehicles, portable electronic devices, and energy storage devices has spurred interest in the development of high-capacity rechargeable lithium-ion batteries (LIBs). Polyionic liquids are used in LIB binders or electrolytes owing to their favorable physical properties. Chemical cross-linking of polymer binders has been proposed as an effective and simple method for increasing the volume of electrodes. The designed polymer binder offers high ion conductivity and robustness via an appropriate adjustment of the solid electrolyte interphase layer and chemical cross-linking during the electrochemical test. A cross-linked poly(N-allyl-vinyl imidazolium) (C-PAVIm)-based electrode can improve the cycle properties by decreasing the overpotential and allowing Li+ to flow at the interface between the active material and electrolyte. The surface of a C-PAVIm-based electrode is monitored via scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical impedance spectroscopy results show that the C-PAVIm-based electrode after cycling exhibits a thinner solid electrolyte interphase layer and a lower diffusion resistance as compared with a poly(vinylidene fluoride) (PVDF)-based electrode. Therefore, the C-PAVIm-based electrode exhibits better charge-discharge stability than the PVDF-based electrode. These findings imply that polymer binders with appropriately designed chemical structures can improve the electrochemical performance of LIB systems.
고에너지 밀도와 장기 수명 향상을 위한 Li-rich 양극 소재 연구
노성환,손윤국,김창우,오필건 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구는 장기 수명, 고에너지 밀도 Li-rich 양극 소재 개발을 목표로 한다. 최근 휴대용 기기와 전기차 시장의 빠른 발전으로 인해 고에너지 리튬 이온 배터리에 대한 연구가 많이 되어지고 있다. 이 요구에 적합한 소재로 고용량을 얻을 수 있는 Li-rich 소재가 있다. 본 연구에서는 기존연구의 한계점을 극복하기 위해 rate capability 감소없이 물질의 비표면적을 감소시키는 마이크로크기의 판상형 1차 입자로 구성된 10μm 급 2차 입자를 새롭게 제안한다. 그 결과, 디자인된 소재는 높은 부피당 에너지밀도를 보이며, 600 사이클 동안 93%의 우수한 에너지 유지율을 보였다.
Co계 layered 소재의 용량 향상을 위한 새로운 Secondary 도핑과 열화 개선 메커니즘 연구
박서현,손윤국,김창우,오필건 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구는, 고용량 고안전성 리튬이차전지 양극소재 개발을 목표로 한다. 해당 연구는 최근 전기차, 전력저장 시스템 등의 신규 거대 시장이 형성되면서 국내외 기업이나 국가적 차원으로 많은 연구가 되고 있다. 해당 연구는 Co계 layered 소재의 고안정성 특성을 이용함과 동시에 해당 소재의 문제점으로 지적됐던 낮은 가역용량 문제를 개선함으로 고안정, 고용량 양극 소재를 개발하고자 한다. 해당 소재는 리튬이차전지 상용화를 가능케 했던 소재로 높은 안정성을 보이나, 0.5몰의 리튬탈리 이후의 급격한 원자 구조 변화로 그 연구와 활용이 많이 줄어드는 추세이다. 본 연구자는 선행연구를 통하여 해당 소재에 원자 구조 개선을 통해서 기존의 가역 용량을 크게 개선할 수 있다는 것을 증명했으며, 본 연구는 가역용량의 개선이 가능하다는 선행연구를 진일보하여, 소재의 장기 수명을 개선할 수 있는 새로운 합성 방법(secondary doping)을 개발하고자 한다. 이와 더불어 원자단위 분해능을 갖는 Advanced TEM을 이용하여 소재 도핑 전후의 원자구조를 분석하여 도핑 효과에 대한 정확한 규명과 도핑 소재의 열화 개선 메커니즘에 관한 심층연구를 진행하고자 한다.