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Electrode design and material engineering for high energy sulfide-solid state batteries
오필건,김창우,손윤국 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
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.
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.
고효율 고에너지밀도 황화물계 전고체 전지를 위한 전극설계 및 소재기술
김도일,오필건,김창우,손윤국 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구는, 고에너지 밀도, 고효율 황화물계 전고체 전지의 전극 설계를 목표로 한다. 해당 황화물계 전고체 전지 연구는 최근 대용량 전지의 안전성 문제가 대두 되면서 국내외 여러 기업이나 연구소에서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 고에너지 밀도 전고체 전지를 구현하기 위해 그동안의 문제점으로 지적되어 왔던 고체 전해질의 낮은 이온전도도와 높은 계면 저항 문제를 개선함으로 고에너지 밀도, 고효율 양극 전극을 개발하고자 한다. 본 연구는 전극내 활물질 비율을 증가시키고 전해질ㅡ양극 계면 저항을 줄이기 위해, 전극에 고압을 가하는 방법을 택했다. 이와함께, 전고체 전지에 주로 사용되는 이차입자형 물질은 고압을 가하면 형태가 파괴되기 때문에 일차입자형 NCM811 소재를 적용하였다. 그 결과, 188mAh/g의 높은 가역용량 및 80%의 쿨롱 효율을 달성하였다.
리튬이차전지 Co계 layered 소재의 가역 용량 및 안정성 향상을 위한 도핑 연구
박서현,오필건,김창우,손윤국,윤정식,마지영 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
본 연구는, 리튬이차전지 양극 소재의 용량 및 안정성의 향상을 목표로 한다. 해당 연구는 최근 EV, ESS등의 새로운 거대 시장이 형성됨과 동시에 배터리 시장 또한 급격하게 성정되면서 국내외 기업이나 국가적 차원에서 많은 연구가 되고 있다. 본 연구는 Co계 양극 소재의 용량 향상을 위해 문제점으로 지적되어 왔던 낮은 가역 용량의 문제를 해결하여 고용량 및 고안정성 양극 소재를 개발하고자 한다. 해당 소재는 높은 안정성으로 상용화가 가능하였지만, 소재에서 나타나는 급격한 원자 구조 변화로 인해 활용 및 연구가 줄어드는 추세이다. 해당 연구에서는 이러한 문제점으로 해결하기 위해 도핑을 통해 원자 구조를 개선하였으며 이를 통해 가역 용량 또한 크게 개선할 수 있음을 선행연구에서 증명하였다. 이와 함께, 본 연구에서는 소재의 장기 수명을 개선할 수 있는 새로운 합성 방법을 개발하고자 하며 소재의 도핑 전 후를 원자 단위 분해능을 갖는 TEM을 이용해 분석하여 도핑 효과와 열화 개선 메커니즘에 관한 심층 연구를 진행하고자 한다.
Sulfur infiltrated hydroxyl N-doped carbon nanotubes for lithium-sulfur battery application
이준섭,오필건 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
Despite the higher energy density than the conventional Li-ion cells at a lower cost, commercialization of Li-S batteries is hindered by the insulating nature of sulfur and the dissolution of intermediate polysulfides (Li<sub>2</sub>SX, 4 < X ≤ 8) into the electrolyte. Herein, hydroxylated N-doped carbon nanotubes (H-NCNT) are suggested as sulfur containers in lithium-sulfur batteries to reduce polysulfide shuttling through an interaction between polysulfides and nitrogen and hydroxyl groups in the H-NCNT. This sulfur-carbon composite electrode with 2.2 mg cm<sup>-2</sup> sulfur displays excellent performance with high rate capability (initial capacity of 1341 mAh g<sup>-1</sup> at C/5 rate and 849 mAh g<sup>-1</sup> at 5C rate), rate stability until 500 cycles (a decay of 0.06% per cycle). Furthermore, a stable reversible capacity of as high as ~1081 mAh g<sup>-1</sup> is realized with a higher sulfur loading of 5.1 mg cm<sup>-2</sup>.
MnPO<sub>4</sub>코팅 기술을 통해 NCM삼원계 소재의 고전압 구동시 표면 안정성 향상
이채원,오필건,김창우,손윤국,마지영,윤정식 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
본 연구는, NCM계 양극 소재를 이용한 고용량 고에너지 밀도 리튬이차전지 개발을 목표로 한다. 최근 전기차, 에너지 저장장치등의 신규 거대 시장이 형성되면서국내외 기업이나 국가적 차원으로 많은 연구가 되고 있다. 해당 연구는 고전압화함에 있어 발생하는 계면의 불안정성을 개선하여 고용량, 고에너지 밀도를 구현하기 위해 NCM삼원계 layered 양극소재를 개발하고자 한다. 기존의 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 불안정성과 구조적 불안정을 해결하고자 했지만 Ni계 소재의 고전압화의 근본적인 문제를 해결하지 못하고, 열화를 단순 지연시키는데 그쳤다. 본 연구는 MnPO<sub>4</sub>를 600°C에서 Calcination처리하여 소재 표면에 Mn 농도구배와 Li<sub>X</sub>PO<sub>Y</sub>를 형성한다. 이 표면층은, 근본적으로 환원반응시 발생되는 계면의 불안정성이나 전이금속 용출에 의한 부반응과 구조적 불안정성을 개선해 준다.
Study on Stopping Ability of a Ship Equipped with Azimuth Propeller
박종용,오필건,김태진,이준호 한국해양공학회 2020 韓國海洋工學會誌 Vol.34 No.1
An azimuth propeller can generate thrust in all directions by rotating its housing with an electric motor. An azimuth propeller can be operated using several methods to stop a ship. This study aims to derive an efficient method to stop a ship safely using an azimuth propeller through full-scale maneuvering trials with the research vessel “NARA” of Pukyong National University in 4.63 m/s (9 kts). Five methods with different azimuth propeller operations were tested to stop the ship. The test results confirmed that the simultaneous use of the thrust and the hydrodynamic force acting on the strut is the most effective method to stop the ship.