그래핀 플레이크 크기에 따른 전기 이중층 커패시터용 전극의 전기화학적 특성

유혜련,Yu, Hye-Ryeon 한국전기전자재료학회 2018 전기전자재료학회논문지 Vol.31 No.2

Electric double layer capacitors (EDLCs) are promising candidates for energy storage devices in electronic applications. An EDLC yields high power density but has low specific capacitance. Carbon material is used in EDLCs owing to its large specific surface area, large pore volume, and good mechanical stability. Consequently, the use of carbon materials for EDLC electrodes has attracted considerable research interest. In this paper, in order to evaluate the electrochemical performance, graphene is used as an EDLC electrode with flake sizes of 3, 12, and 60 nm. The surface characteristic and electrochemical properties of graphene were investigated using SEM, BET, and cyclic voltammetry. The specific capacitance of the graphene based EDLC was measured in a 1 M $TEABF_4/ACN$ electrolyte at the scan rates of 2, 10, and 50 mV/s. The 3 nm graphene electrode had the highest specific capacitance (68.9 F/g) compared to other samples. This result was attributed to graphene's large surface area and meso-pore volume. Therefore, large surface area and meso-pore volume effectively enhances the specific capacitance of EDLCs.

고성능 이산화탄소 흡착용 다공성 탄소 흡착재 제조 및 그 특성

유혜련(Hye-Ryeon Yu),조세호(Se Ho Cho),김기동(Ki-Dong Kim),이교성(Kyosung Lee),이영석(Young-seak Lee) 한국신재생에너지학회 2012 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.06

열전지용 FeS₂ 미세 분말의 제조 및 열적 안정성

최유송,유혜련,정해원,조성백,이영석,Choi, Yusong,Yu, Hye-Ryeon,Cheong, Haewon,Cho, Sungbaek,Lee, Young-Seak 한국공업화학회 2014 공업화학 Vol.25 No.1

$FeS_2$ 미세 입자가 열전지의 특성에 미치는 영향을 알아보고자, 볼밀법을 이용하여 미세화 입자를 제조하고 그 미세구조 및 열안정성을 평가하였다. $FeS_2$의 평균 입자크기와 입자분포는 볼밀 시간에 따라 변하였다. 평균 입자크기는 10 h 볼밀 처리 후, $98.4{\mu}m$에서 $1.01{\mu}m$로 급격하게 감소하였다. 볼밀 시간이 증가할수록, 입자의 응집이 증가하고 입자 크기의 분포가 넓어지기 때문에 평균 입자크기는 증가하였다. 결국, 170 h의 볼밀을 시행한 후에 가장 좁은 크기의 단일 입자 분포를 가지는 $FeS_2$ 미세 입자를 얻을 수 있었다. 한편, 입자가 분쇄됨에 따라 $FeS_2$의 열 안정성은 불안정해졌으며, 미세 입자 사이즈의 활성화 에너지는 이전의 $FeS_2$보다 27% 낮아졌다. Microstructure and thermal stability of mechanically ball milled $FeS_2$ were investigated. The average particle size and distribution of $FeS_2$ powder were changed in two steps with the increased ball milling time. The average particle size drastically decreased from $98.4{\mu}m$ to 1.01 and $0.89{\mu}m$ after ball milling of 10 h and 30 h, respectively. However, the distribution was broad and a shoulder appeared at $2{\mu}m$ because the pulverization was still in process at 10 h ball milling. After 60 h ball milling, the distribution became narrower. After ball milling of 120 h, the average particle size increased because of $FeS_2$ particle agglomeration. Therefore, the particle size distribution became broaden again. Finally, after ball milling of 170 h, $FeS_2$ with the narrowest size distribution can be obtained. Thermal stability of $FeS_2$ was unstable as the $FeS_2$ particle was pulverized. Therefore, the activation energy of the fine size particles is 27% lower than that of the as-received $FeS_2$.

열전지의 전기화학적 특성에 미치는 황철석(FeS2) 입자크기의 영향

최유송 ( Yu Song Choi ),유혜련 ( Hye Ryeon Yu ),정해원 ( Hae Won Cheong ),조성백 ( Sung Baek Cho ),이영석 ( Young Seak Lee ) 한국공업화학회 2014 공업화학 Vol.25 No.2

본 연구에서는 열전지용 양극활물질로 사용되는 FeS2 (Pyrite) 분말을 볼밀링법으로 분쇄하여 단위전지를 제작하고, 볼밀 전, 후 입자크기변화가 열전지의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 450 ℃ 시험결과, 분쇄된 1.46 μm FeS2 분말을 사용한 단위전지가 분쇄 전 98.4 μm의 FeS2 분말을 사용한 단위전지에 비해서 전지용량이 크게 향상되었으며, 내부저항도 감소되었다. 이러한 결과는 볼밀로 인한 비표면적 증가의 영향으로 판단된다. 반면, 500 ℃에서 방전 시 1단계의 Z-phase 반응구간(FeS2 → Li3Fe2S4)에서 1.46 μm 분말을 사용한 단위전지 전압 및 저항특성이 우수하였지만, 2단계의 J-phase 반응(Li3Fe2S4 → LiFe2S4)에서는 볼밀된 1.46 μm 분말을 사용한 전지의 전압이 감소하고, 전지 내부저항도 급격하게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 500 ℃ 방전시 미분화된 FeS2가 Z-phase 영역에서 방전반응과 동시에 열분해에 의한 자가방전(FeS2 → FeS1.14 (pyrrhotite))이 일어나 볼밀 전 조대한(coarsen) FeS2 분말에 비해 용량이 감소하고 내부 저항도 증가되기 때문으로 사료된다. In this study, effects of pyrite (FeS2) particle sizes on the electrochemical characteristics of thermal batteries are investigated using unit cells made of pulverized pyrite by ball-milling. At 450 ℃ unit cell discharge test, the electrochemical capacity of 1.46 μm pyrite-cell largely increases compared to 98.4 μm pyrite-cell, and their internal resistances also decrease. These results are attributed to the increase in the active reaction area of pyrite by ball milling. However, at 500 ℃ unit cell discharge test, a 1.46 μm pyrite cell shows lower internal resistance than that of 98.4 μm pyrite cell only at Z-phase region (FeS2 → Li3Fe2S4). After that, a 1.46 μm pyrite cell shows a decrease in the cell voltage and an rapid increase of the internal resistance in J-phase region (Li3Fe2S4 → LiFe2S4) is observed compared to those of 98.4 μm pyrite cell. It can be concluded that at the higher temperature, the thermally unstable pulverized pyrite is decomposed thermally as well as self discharged, simulta-neously, which causes the higher resistance and lower capacity at 500 ℃ in J-phase than that of 98.4 μm pyrite cell.

열전지의 전기화학적 특성에 미치는 황철석(FeS₂) 입자크기의 영향

최유송,유혜련,정해원,조성백,이영석,Choi, Yusong,Yu, Hye-Ryeon,Cheong, Haewon,Cho, Sungbaek,Lee, Young-Seak 한국공업화학회 2014 공업화학 Vol.25 No.2

본 연구에서는 열전지용 양극활물질로 사용되는 $FeS_2$ (Pyrite) 분말을 볼밀링법으로 분쇄하여 단위전지를 제작하고, 볼밀 전, 후 입자크기변화가 열전지의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. $450^{\circ}C$ 시험결과, 분쇄된 $1.46{\mu}m$ $FeS_2$ 분말을 사용한 단위전지가 분쇄 전 $98.4{\mu}m$의 $FeS_2$ 분말을 사용한 단위전지에 비해서 전지용량이 크게 향상되었으며, 내부저항도 감소되었다. 이러한 결과는 볼밀로 인한 비표면적 증가의 영향으로 판단된다. 반면, $500^{\circ}C$에서 방전시 1단계의 Z-phase 반응구간($FeS_2{\rightarrow}Li_3Fe_2S_4$)에서 $1.46{\mu}m$ 분말을 사용한 단위전지 전압 및 저항특성이 우수하였지만, 2단계의 J-phase 반응($Li_3Fe_2S_4{\rightarrow}LiFe_2S_4$)에서는 볼밀된 $1.46{\mu}m$ 분말을 사용한 전지의 전압이 감소하고, 전지 내부저항도 급격하게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 $500^{\circ}C$ 방전시 미분화된 $FeS_2$가 Z-phase 영역에서 방전반응과 동시에 열분해에 의한 자가방전($FeS_2{\rightarrow}FeS_{1.14}$ (pyrrhotite))이 일어나 볼밀 전 조대한(coarsen) $FeS_2$ 분말에 비해 용량이 감소하고 내부 저항도 증가되기 때문으로 사료된다. In this study, effects of pyrite ($FeS_2$) particle sizes on the electrochemical characteristics of thermal batteries are investigated using unit cells made of pulverized pyrite by ball-milling. At $450^{\circ}C$ unit cell discharge test, the electrochemical capacity of $1.46{\mu}m$ pyrite-cell largely increases compared to $98.4{\mu}m$ pyrite-cell, and their internal resistances also decrease. These results are attributed to the increase in the active reaction area of pyrite by ball milling. However, at $500^{\circ}C$ unit cell discharge test, a $1.46{\mu}m$ pyrite cell shows lower internal resistance than that of $98.4{\mu}m$ pyrite cell only at Z-phase region ($FeS_2{\rightarrow}Li_3Fe_2S_4$). After that, a $1.46{\mu}m$ pyrite cell shows a decrease in the cell voltage and an rapid increase of the internal resistance in J-phase region ($Li_3Fe_2S_4{\rightarrow}LiFe_2S_4$) is observed compared to those of $98.4{\mu}m$ pyrite cell. It can be concluded that at the higher temperature, the thermally unstable pulverized pyrite is decomposed thermally as well as self discharged, simultaneously, which causes the higher resistance and lower capacity at $500^{\circ}C$ in J-phase than that of $98.4{\mu}m$ pyrite cell.

다공성 탄소재료를 이용한 CO₂ 포집 및 CO₂/CH₄ 분리 기술

조세호,배병철,유혜련,이영석,Cho, Se Ho,Bai, Byong Chol,Yu, Hye-Ryeon,Lee, Young-Seak 한국공업화학회 2011 공업화학 Vol.22 No.4

온실가스로 인한 지구 온난화는 엘니뇨, 라니냐와 같은 심각한 기상이변을 초래하고 있으며, 매년 그 피해가 심각하게 증가하고 있는 실정이다. 따라서 온실가스의 80% 이상을 차지하고 있는 $CO_2$ 배출량을 감축하는 것이 매우 시급한 현안으로 부상되고 있다. 다공성 탄소는 고비표면적, 다양한 세공구조, 열 및 화학적 안정성, 재사용성과 같은 높은 유용성으로 인하여 carbon capture and storage (CCS) 기술에서 다른 여러 재료와 함께 중요한 위치를 차지하고 있는 재료이다. 본고에서는 주로 많이 연구되고 있는 CCS 기술 및 연구 동향에 대하여 살펴보았으며, 그 중 경제성과 실용성 흡착제로 각광을 받고 있는 다공성 탄소를 중심으로 배가스 중 $CO_2$ 흡착과 에너지 활용이 가능한 바이오 가스 분리에 대한 특성을 고찰하였다. Due to the strong dependence on fossil fuels within the history of human progress, it leads to disaster of the whole world like flood, shortage of water and extinction of the species. In order to curb carbon dioxide emissions, many technologies are being developed. Among them, porous carbon materials have important advantages over other absorbent, such as high surface area, thermal and chemical resistance, low cost, various pore distribution and low energy requirement for their regeneration. Carbon capture and storage (CCS) has attracted the significant research efforts for reducing green house gas emission using several absorbent and process. Moreover, the absorbent are used for the separation of bio mass gas that contains methane which is considered a promising fuel as new green energy resource. In this review, we summarized the recent studies and trend about the porous carbon materials for CCS as well as separation from the biogas.

에폭시 복합체의 난연 특성에 미치는 불소화 일라이트의 영향

이영석(Young Seak Lee),유혜련(Hye Ryeon Yu),정의경(Eui Gyung Jeong),김진훈(Jin Hoon Kim) 한국고분자학회 2011 폴리머 Vol.35 No.1

본 연구는 에폭시의 난연 특성을 향상시키기 위하여 친환경, 저가, 고종횡비(high aspect ratio)를 갖는 무기계 난 연첨가재인 일라이트를 사용하였고, 친수성 일라이트의 소수성 에폭시 내 분산 문제점을 개선하기 위하여 불소화 반응 을 이용하여 일라이트의 소수화 개질을 실시하였다. 일라이트의 불소화 개질에 의하여 경화 전 에폭시 용액 내에서 일라 이트의 분산성 및 경화 후 형성된 복합체 내에서의 일라이트 분산성도 향상되었다. 이러한 분산성의 향상은 일라이트 불소화 개질로 인하여 소수화된 일라이트의 에폭시 용액에 대한 친화성 향상과 복합체 형성 시 에폭시 고분자의 일라 이트 층간 삽입 혹은 에폭시에 의한 일라이트의 박리현상 등에 의하여 나타난 현상으로 판단된다. 따라서, 한계 산소 지 수(limited oxygen index, LOI)는 일라이트의 불소화 영향으로 에폭시만의 값에 비해 약 24% 정도 증가한 것으로 보 아, 불소화 일라이트/에폭시 복합체의 제조로 에폭시의 난연 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. In this study, illite, an environmental friendly, low cost, and high aspect ratio additive, was used to improve flame retardant property of epoxy and it was fluorinated to enhance dispersion of hydrophilic illite in hydrophobic epoxy by introducing hydrophobic functional groups. Fluorination of illite enhanced illite dispersion in epoxy solution before curing and that in the complex after curing. These enhanced dispersions were attributed to the increased affinity of illite to hydrophobic epoxy solution induced by fluorination of illite and the increased intercalation of epoxy polymer or exfoliation of illite by epoxy curing. Hence, limited oxygen index(LOI) of fluorinated illite/epoxy complex increased by 24%, compared to that of epoxy, suggesting that the preparation of fluorinated illite/epoxy complex increased their flame retardant properties.

페놀계 활성탄소의 전기화학 특성에 미치는 붕산 처리의 영향

정민정 ( Min Jung Jung ),유혜련 ( Hye Ryeon Yu ),이다영 ( Da Young Lee ),이영석 ( Young Seak Lee ) 한국공업화학회 2013 공업화학 Vol.24 No.2

In this study, the surface of a phenol based activated carbon (AC) used as an electrode in an electric double layer capacitor was modified via boric acid treatment for the capacitance investigation. The effect of boric acid treatment on electrochemical performance was also investigated. The AC surface functional groups ratio of quinone-like (O=C) which is electrochemical active functional groups was increased after the boric acid treatment. And, boric acid treated AC showed an increase in the specific surface area, total pore volume, and micropore volume. In case of optimum boric acid treated AC, its specific capacitance increased by 20% in comparison to that of untreated AC. These results demonstrate that a boric acid treated carbon surface-based electric double layer capacitor electrode effectively enhances specific capacitance.

붕산 처리가 활성탄소 기반 전기이중층 커패시터의 정전용량에 미치는 영향

정민정(Min-Jung Jung),유혜련(Hye-Ryeon Yu),김예솔(Yesol Kim),이영석(Young-Seak Lee) 한국신재생에너지학회 2012 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

암모니아가스 표면화학 반응을 통한 N-TiO₂ 합성 및 광촉매 활성

김예솔(Yesol Kim),정민정(Min-Jung Jung),유혜련(Hye-Ryeon Yu),김도영(Do young Kim),이영석(Young-seak Lee) 한국신재생에너지학회 2012 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.06