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황진웅,김경수,이종대,임지선 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
In this study, porous template materials were used to solve the problem of low C-rate performance and specific capacity for carbon anode materials of lithium ion battery. A porous carbon template has mesopore for lithium ion transfer path and storage site. Mesophase pitch was used as the carbon precursor and CaCO<sub>3</sub> was used to form the template structure. Increasing of the CaCO<sub>3</sub> ratio increased the specific surface area of the carbon material, which increased the reaction area with the electrolyte and finally increased the side reactions. However, these phenomena can be prevented by adjusting the step of the activation process using CaCO<sub>3</sub>. Physical properties of the manufactured composite material were investigated using FE-SEM, BET, XRD. A coin type half-cell was manufactured, and its electrochemical characteristics were analyzed.
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나노 납/활성탄을 사용한 ISG용 울트라 전지 음극소재의 전기화학적 특성
황진웅,이종대,Hwang, Jin Ung,Lee, Jong Dae 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.5
In order to enhance ultra battery performances, the electrochemical characteristics of nano Pb/AC anode composite was investigated. Through nano Pb adsorption onto activated carbon, nano Pb/AC was synthesized and it was washed under vacuum process. The prepared anode materials was analysed by SEM, BET and EDS. The specific surface area and average pore size of nano Pb/AC composite were $1740m^2/g$ and 1.95 nm, respectively. The negative electrode of ultra battery was prepared by nano Pb/AC dip coating on lead plate. The electrochemical performances of ultra battery were studied using $PbO_2$ (the positive electrode) and prepared nano Pb/AC composite (the negative electrode) pair. Also the electrochemical behaviors of ultra battery were investigated by charge/discharge, cyclic voltammetry, impedance and rate capability tests in 5 M $H_2SO_4$ electrolyte. The initial capacity and cycling performance of the present nano Pb/AC ultra battery were improved with respect to the lead battery and the AC-coated lead battery. These experimental results indicate that the proper addition of nano Pb/AC into the negative electrode can improve the discharge capacity and the long term cycle stability and remarkably suppress the hydrogen evolution reaction on the negative electrode. 본 연구에서는 활성탄과 납 전구체를 사용하여 나노 Pb/AC 복합소재를 제조한 후, 울트라 전지용 음극소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. 나노 Pb/AC 복합소재는 활성탄에 나노 Pb 입자를 흡착시킨 후 감압 수세하여 제조하였다. 제조된 복합소재의 물리적 특성은 SEM, BET, EDS를 통해 분석하였으며, $1740m^2/g$, 1.95 nm의 비표면적과 평균 기공크기를 얻었다. 울트라 전지의 음극은 납 극판에 나노 Pb/AC를 딥코팅하여 제조되었다. 울트라 전지는 이산화납을 사용한 양극과 나노 Pb/AC 복합소재 음극을 사용하였으며 전해액은 5M의 황산용액($1.31g/cm^3$)을 사용하였다. 전기화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 사이클 테스트를 통해 조사되었다. 제조된 나노 Pb/AC를 이용한 울트라 배터리는 기존의 납 축전지와 AC를 코팅한 납 축전지보다 개선된 초기 용량과 사이클 특성을 보였다. 이러한 실험 결과로부터 나노 Pb/AC의 적절한 첨가가 수소발생 반응이 억제됨에 따라 용량 및 장기 사이클 안정성을 향상시킴을 알 수 있었다.
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석유계 잔사유 기반 피치의 탄화 온도에 따른 고속 충방전 특성 연구
황진웅,이종대,임지선 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
본 연구는 석유계 저급 잔사유를 사용하여 제조된 피치의 탄화 온도에 따른 코크스의 물리적 성질 및 리튬 이차전지에서 고속 충방전 거동을 고찰하였다. 원료는 석유계 잔사유인 PFO(Pyrolysis Fuel Oil)을 사용하였으며, 이를 440 °C 에서 반응시킨 피치를 사용하였다. 또한 이를 800~1700 °C 에서 탄화하여 코크스를 제조하였다. 제조된 코크스는 XRD, FT-IR, SEM 분석을 통하여 물리적 성질을 조사하였으며, 전기화학적 특성을 분석하기 위하여 리튬 이차전지 코인셀을 제작하여 충방전 특성, 속도 특성, 순환전압전류 특성을 조사하였다. 첫 사이클 용량은 800 ~ 1200 °C 구간에서 증가하는 경향을 보였으며, 1300 ~ 1700 °C 구간에서는 줄어드는 경향을 보였다. 속도 특성 역시 같은 경향을 보였다. 전기화학적 특성에서 이러한 특징이 보이는 것을 물리적 성질을 분석하여 특성을 파악하고 고찰하였다.
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화학적 활성화에 따른 비표면적 변화에 대한 이차전지 음극소재의 전기화학적 특성
황진웅,이종대,임지선 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
탄소계 음극 소재는 낮은 가격, 높은 구조적 안정성 등 많은 이점으로 인해 이차전지 음극에서 주된 소재로 사용된다. 하지만 낮은 용량 및 속도 특성으로 인해 대용량 전지의 적용에 문제점이 있으며 이를 해결하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 탄소 전구체 중 석유계 저급 잔사유를 사용하여 탄소계 음극 소재를 제조하였다. 또한 제조된 음극소재의 물리적, 전기화학적 특성을 향상시키기는 방법으로써 화학적 활성화법을 사용하여 표면 개질된 음극소재를 제조하였다. 표면 개질된 음극소재는 SEM, BET를 통해 물리적 분석을 실시하였고, 속도 특성, 순환 전압 전류 특성, 임피던스 분석을 통하여 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조된 음극소재는 화학적 활성화제 비표면적에 따라 용량 및 속도 특성이 증가하는 경향을 보였지만, 높은 비표면적을 보이는 경우에는 속도 특성이 감소하는 경향을 보였다.
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황진웅,이종대 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
현재 리튬이차전지는 핸드폰, 노트북과 같은 소형 에너지 저장 장치에 사용되고 있다. 하지만 전기자동차와 같은 중대형 전지에 대한 관심이 높아짐에 따라 리튬이차전지의 급속 충방전에 따른 전지 특성에 대한 중요성이 높아지고 있다. 리튬 이차전지 음극소재는 안정적인 구조, 높은 사이클을 가지는 그라파이트가 주로 사용되고 있지만, 최근에 석유계 잔사유 (PFO)를 이용한 피치, 코크스를 전구체로 하는 소프트 카본을 이용하는 연구가 진행되고 있다. 그 중 PFO를 이용해 제조한 피치를 전구체로 하여 제조하는 소프트 카본이 저렴한 가격, 좋은 율속 특성 및 장기 수명 등으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 PFO를 이용해 제조한 피치를 전구체로 하여 소프트 카본을 제조한 뒤 화학적 활성화 과정을 통해서 표면 개질된 소프트 카본을 제조하였다. 화학적 활성화 과정에서의 활성화 촉매 수용액에 교반 시간에 따라 음극 소재를 제조하였다. 합성한 음극 소재를 이용하여 SEM, BET 등을 이용하여 물리적 특성을 분석하였으며, 반쪽 전지를 제조하여 사이클, 율속, CV, 임피던스 테스트 등으로 전지화학적 특성을 분석하였다.
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황진웅,이종대,임지선 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
In this study, as a negative electrode material of a lithium secondary battery, nano size silicon is used to solve the problem of volume expansion and decrease of stability due to silicon, and a templated porous carbon having mesopores for suppressing volume expansion to prepare a nano Silicon / templated porous carbon composite. Mesophase pitch was used as the carbon precursor and CaCO3 was used to form the template structure. Structural changes of the template structure according to the ratio of Mesophase pitch and CaCO3 were observed and electrochemical performance according to silicon ratio was investigated by changing the ratio of Silicon and carbon. Physical properties of the manufactured composite material were investigated using FE-SEM, BET, XRD, etc. A coin type half-cell was manufactured and its electrochemical characteristics were analyzed.
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Electrochemical property based on the structural control of pitch-based carbon anode
황진웅,임지선,이종대 한국화학공학회 2023 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.40 No.9
The charge/discharge characteristics of a carbon anode were studied in a lithium ion battery system based on the effects of a graphite structure developed by heat energy. A carbon precursor (pitch) was synthesized from pyrolysis of fuel oil, after which a carbonization/graphitization treatment at 1,000-2,400 °C was carried out on the carbon anode. The lithium storage mechanism of carbonized materials treated under 1,300 °C was noted not by the space between the graphite layers but the cavity in the carbon materials. This indicates higher capacity and high speed charge-discharge performance capabilities than graphite. For graphitized materials treated at 2,400 °C, lithium ions are mainly inserted between the layers of the graphite, forming an interlayer structure. Based on the suggested mechanisms, it is noted that the charge/discharge of lithium ions can be controlled based on control of the graphite structure.
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