탄소섬유강화플라스틱 유래 폐 탄소섬유로 제조된 불화탄소 기반 리튬일차전지의 전기화학적 특성

하나은 ( Naeun Ha ),임채훈 ( Chaehun Lim ),하성민 ( Seongmin Ha ),명성재 ( Seongjae Myeong ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.5

본 연구에서는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 열분해하여 얻은 폐 탄소섬유를 이용하여 기상 불소화를 통해 불화탄소를 제조하고 리튬일차전지의 환원극 소재로 재활용하고자 하였다. 먼저 열분해로 얻은 폐 탄소섬유의 물리화학적 특성을 파악하였으며, 이 폐 탄소섬유에 기상 불소화 효과를 평가하기 위하여 불화탄소의 구조적, 화학적 특성을 분석하였다. XRD 분석에 의해 폐 탄소섬유의 육각망탄소 적층구조(002피크)는 기상 불소화의 온도가 증가함에 따라 점차 불화탄소 구조(001피크)로 전환되었음을 확인하였다. 이 불화탄소를 이용하여 제조된 리튬일차전지의 방전용량은 최대 862 mAh/g이었다. 이는 다른 탄소 재료로 제조한 불화탄소 기반 리튬이온차전지의 방전용량과 비교하였을 때 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 폐 CFRP 기반 폐탄소섬유를 이용한 불화탄소는 리튬일차전지의 환원극 소재로 활용할 수 있을 것으로 여겨진다. In this study, waste carbon fiber obtained by pyrolysis of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) was used to produce carbon fluoride through vapor phase fluorination and recycled as a reducing electrode material for lithium primary batteries. First, the physicochemical properties of the waste carbon fiber obtained by pyrolysis were determined, and the structural and chemical properties of carbon fluoride were analyzed to evaluate the effect of vapor phase fluorination on the waste carbon fiber. XRD analysis confirmed that the hexagonal network carbon laminated structure (002 peak) of the waste carbon fiber was gradually converted into a carbon fluoride structure (CF_X, 001 peak) as the temperature of gas phase fluorination increased. The discharge capacity of the lithium primary battery produced using this carbon fluoride was up to 862 mAh/g. This was compared to the discharge capacity of carbon fluoride-based Li-ion batteries made of other carbon materials. These results suggest that carbon fluoride made from waste CFRP-based carbon fibers can be used as a reducing electrode material for Li-ion batteries.

통번역대학원생을 위한 한국어 번역 글쓰기 교과 과정 설계 연구

하나은 ( Ha Naeun ),윤창숙 ( Yoon Changsook ) 한국언어문화교육학회 2021 언어와 문화 Vol.17 No.1

This study proposes a Korean translation-writing course model for graduate students that emphasizes the importance of translators’creative writing skills. Such skills are vital in this era when human translators must compete against artificial intelligence (AI) machine translation software. Translation programs must provide courses that help students develop creative writing skills rather than only training them in direct translation; however, few graduate or undergraduate curriculums pay adequate attention to improving this aspect of students’writing skills. The 16-week course model proposed in this study focuses on incorporating creative writing skills not only into the initial translation process but also in editing and proof-reading; post-editing, which includes editing machine translation work; and trans-creation, which encompasses translating a source text into a target text by balancing translation and creative writing. Expanding translators’skills in this way will give them competitive advantages over machine translation software. (Busan University of Foreign Studies·Pusan National University)

산소 플라즈마를 이용하여 율속 성능이 개선된 불화탄소 기반 리튬 일차전지의 제조 및 전기 화학적 특성

천서영 ( Seoyeong Cheon ),하나은 ( Naeun Ha ),임채훈 ( Chaehun Lim ),명성재 ( Seongjae Myeong ),이인우 ( In Woo Lee ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.5

일차전지 환원극의 활물질로 널리 사용되고 있는 불화탄소는 낮은 전기 전도도, 표면 에너지 및 전해질 투과도 등의 요인에 의하여 Li/CF_X 일차전지의 율속 성능 저하를 초래한다. 따라서 본 연구에서는 산소 플라즈마를 이용한 표면처리를 통하여 표면이 개질된 불화탄소를 리튬 일차전지의 환원극으로 사용하여 전지 성능을 향상시키고자 하였다. XPS 및 XRD 분석을 통해 산소 플라즈마 처리에 의해 변화된 불화탄소의 표면 화학적 특성 및 결정 구조 변화를 분석하였으며, 이에 따른 리튬 일차전지의 전기 화학적 특성에 대한 변화를 분석하고 고찰하였다. 그 결과, 탄소 대 불소비율(F/C) 비율이 가장 낮은 산소 플라즈마 처리 조건(7.5 min)에서 반이온성 C-F 결합이 가장 많이 형성되었다. 또한, 이 조건에서 제조된 불화탄소를 환원극의 활물질로 사용한 일차전지는 가장 높은 3 C의 율속 특성을 보였으며, 고율 속에서도 비교적 높은 용량(550 mAh/g)을 유지하였다. 본 연구를 통하여, 산소 플라즈마 처리를 통해 불화탄소의 불소 함량 및 탄소-불소 간의 결합 유형을 조정하여 고율속 성능을 가진 리튬 일차전지를 제조할 수 있었다. The high-rate performance is limited by several factors, such as polarization generation, low electrical conductivity, low surface energy, and low electrolyte permeability of CF_X, which is widely used as a cathode active material in the lithium primary battery. Therefore, in this study, we aimed to improve the battery performance by using carbon fluoride modified by surface treatment using oxygen plasma as a cathode for lithium primary batteries. Through XPS and XRD analysis, changes in the surface chemical characteristics and crystal structure of CF_X modified by oxygen plasma treatment were analyzed, and accordingly, the electrochemical characteristics of lithium-ion primary batteries were analyzed and discussed. As a result, the highest number of semi-ionic C-F bonds were formed under the oxygen plasma treatment condition (7.5 minutes) with the lowest fluorine to carbon (F/C) ratio. In addition, the primary cell prepared under this condition using carbon fluoride as the active material of the cathode showed the highest 3 F/C(3 C rate-performance) rate-performance and maintained a relatively high capacity (550 mAh/g) even at high rates. In this study, it was possible to produce lithium primary batteries with high-rate performance by adjusting the fluorine contents of carbon fluoride and the type of carbon-fluorine bonding through oxygen plasma treatment.

불화탄소 전극의 열분해 연료유 기반 탄소 코팅이 리튬일차전지의 고율속 성능에 미치는 영향

이상엽 ( Sangyeop Lee ),하나은 ( Naeun Ha ),명성재 ( Seongjae Myeong ),임채훈 ( Chaehun Lim ),이세현 ( Sei-hyun Lee ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2024 공업화학 Vol.35 No.4

불화탄소 기반 리튬일차전지(Li/CFX)의 활물질로 이용되는 불화탄소는 낮은 전도성에 기인한 열악한 율속 특성으로 방전 성능이 제한적이다. 따라서, 본 연구에서는 이를 극복하기 위하여 불화탄소에 열분해 연료유를 이용하여 탄소코팅을 진행하였고, 전기화학적 성능을 고찰하였다. 탄소 코팅에 의하여 불화탄소 표면에 무정형 탄소층이 형성되었으며, 열처리 온도에 따른 불화탄소의 표면 물리화학적 특성을 면밀히 고찰하였다. 상용 불화탄소를 450 ℃에서 열처리한 ARC@C450 샘플은 sp2 탄소 결합의 함량이 62%로 가장 크게 증가하였으며, 반이온성 C-F 결합이 가장 많이 형성되었다. 또한, ARC@C450 샘플을 환원극 활물질로 이용한 일차전지는 가장 높은 5 C 율속(392 mAh/g)에서 안정적인 방전 특성을 보였으며, Rct 값은 미처리 시료에 비하여 53% 감소하였다. 따라서, 본 연구에서는 불화탄소의 낮은 전도성을 극복하기 위한 방법으로 열분해 연료유 기반 탄소 코팅을 제안하며, 탄소 코팅된 불화탄소는 우수한 율속성능을 나타냄으로 고출력 일차전지로의 응용 가능성을 제시한다. The performance of carbon fluoride-based lithium primary batteries (Li/CFX) is limited due to poor rate capability resulting from the low conductivity of carbon fluoride, which is used as the active material. Therefore, in this study, we applied a carbon coating using pyrolysis fuel oil on carbon fluoride to overcome this limitation and considered its electrochemical performance. An amorphous carbon layer was formed on the surface of the carbon fluoride through carbon coating, and the surface physicochemical properties of the carbon fluoride were meticulously considered based on the heat treatment temperature. The advanced research chemical 1000 heat treated at 450 ℃ (ARC@C450) sample, which was commercial carbon fluoride heat-treated at 450 ℃, showed the largest increase in the concentration of sp2 carbon bonds (62%) and the highest formation of semi-ionic C-F bonds. Also, the primary battery using the ARC@C450 sample as a cathode active material exhibited stable discharge capability at the highest rate of 5 C (392 mAh/g), and the Rct value was reduced by 53% compared to the untreated sample. Therefore, we proposed pyrolysis fuel oil-based carbon coating as a method to overcome the low conductivity of carbon fluoride, and the carbon-coated carbon fluoride showed excellent rate performance, suggesting its potential application in high-power primary batteries.

열처리에 의해 제조된 강아지풀 기반 리튬 이온 이차전지용 탄소 음극재의 전기화학적 특성

김동기 ( Dong Ki Kim ),임채훈 ( Chaehun Lim ),명성재 ( Seongjae Myeong ),하나은 ( Naeun Ha ),민충기 ( Chung Gi Min ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2024 공업화학 Vol.35 No.2

바이오매스 활용을 높이기 위하여, 열처리 공정을 통해 강아지풀 기반 리튬 이온 이차 전지용 탄소음극재(SV-C)를 제조한 뒤 전기화학적 성능을 고찰하였다. 강아지풀의 열처리 온도가 750 ℃로 낮을 때 낮은 결정성과 높은 비표면적(126 ㎡/g)과 함께, 표면에 많이 존재하는 산소의 (-) 전하가 리튬을 끌어당김으로 인하여 비정전용량(1003.3 mAh/g, at 0.1 C)이 높지만, 용량 유지율은 61.0% (at 500 cycles and 1 C)로 낮아지는 것으로 여겨진다. 또한, 열처리온도가 1150 ℃로 증가하면 탄소층이 축합되어 배열이 우수해짐에 따라 구조 결함이 감소하여 기공이 크게 줄어 비표면적(32 ㎡/g)이 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 음극재 표면결함이 감소하여 결정성이 높아지게 되면, 용량 유지율은 89.7% (at 500 cycles and 1 C)로 높지만, 결함 정도가 작아 활성점이 줄어들어 비정전용량이 471.7 mAh/g로 매우 낮은 것으로 여겨진다. 본 연구 범위에서, 열처리 온도에 따라 제조된 강아지풀 기반 탄소음극재의 경우, 비표면적에 비해 표면 산소 함량과 결정성 등이 음극재의 전기화학적 특성에 더 높은 신뢰도를 갖는 것으로 나타났다. In order to increase the utilization of biomass, an electrochemical performance was considered after manufacturing a carbon anode material (SV-C) for a Setaria viridis-based lithium ion secondary battery through a heat treatment process. When the heat treatment temperature of the Setaria viridis is as low as 750 ℃, the capacitance (1003.3 mAh/g, at 0.1 C) is high due to the negative (-) charge of oxygen present on the surface attracting lithium, along with the low crystallinity and high specific surface area (126 ㎡/g), but the capacity retention rate is believed to be as low as 61.0% (at 500 cycles and 1 C). In addition, it was confirmed that when the heat treatment temperature increased to 1150 ℃, the carbon layer was condensed to be excellent in arrangement, and the structural defects were reduced, resulting in a significant reduction in the specific surface area (32 ㎡/g) of the pores. Furthermore, when the surface defects of the anode material are reduced and the crystallinity is increased, the capacity retention rate is as high as 89.7% (at 500 cycles and 1 C), but the degree of defects is small, the active point is reduced, and the specific capacity is considered to be very low at 471.7 mAh/g. In the scope of this study, it was found that in the case of the Setaria viridis-based carbon anode material manufactured according to the heat treatment temperature, the surface oxygen content and crystallinity have higher reliability on the electrochemical properties of the anode material than the specific surface area.

돼지 뼈로부터 제조된 활성탄소의 기공구조 및 이종원소가 이산화탄소 흡착에 미치는 영향

정서경 ( Seo Gyeong Jeong ),임채훈 ( Chaehun Lim ),민충기 ( Chung Gi Min ),명성재 ( Seongjae Myeong ),하나은 ( Naeun Ha ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.6

본 연구는 돼지 뼈 기반의 바이오매스를 가지고 새로운 흡착재의 활용가능성을 조사하였다. 이를 위하여 돼지 뼈 기반 활성탄소(pig bone based activated carbon, PAC)의 물리화학적 특성을 확인하고 이산화탄소 흡착 성능을 고찰하였다. 활성화제로 KOH를 사용하였으며, 활성화 온도가 증가할수록 비표면적이 증가하며 이산화탄소의 흡착 효율도 증가하였다. 800 ℃에서 활성화된 샘플은 1208.7 m²/g로 가장 큰 비표면적을 나타내었으며, 273 K, 1 bar에서 3.33 mmol/g로 높은 이산화탄소 흡착 효율을 보였다. 그러나 활성화 온도가 900 ℃ 이상인 조건에서는 결정성의 변화 및 과활성화로 인하여 비표면적과 이산화탄소 흡착 효율이 감소하였다. 한편 이상흡착용액이론으로 그 선택도 계산을 수행하였을 때, 273 K, 0.8 bar 이하에서 PAC-900 샘플이 가장 좋은 선택도를 보였다. 이러한 결과는 273 K에서의 이산화탄소/질소흡착은 900 ℃에서 돼지 뼈가 활성화될 때 탄산염이 분해됨으로써 형성된 하이드록시아파타이트의 이산화탄소 흡착성과 그 결정성으로 인해 높은 선택도가 얻어진 것으로 판단된다. This study investigated the possibility of new adsorbent materials made from pig bone-based biomass. To this end, the properties of pig bone-based activated carbon (PAC) prepared from animal biomass were investigated, and its carbon dioxide adsorption performance was examined. KOH was used as the activation agent, and the specific surface area increased with increasing activation temperature, and the adsorption efficiency of carbon dioxide also increased. The sample activated at 800 °C exhibited the largest specific surface area of 1208.7 m²/g and the highest CO₂ adsorption efficiency of 3.33 mmol/g at 273 K, 1 bar. However, the specific surface area and the CO₂ adsorption efficiency decreased at activation temperatures above 900 ℃ due to crystallinity changes and overactivation. On the other hand, when the selectivity was calculated using the ideal adsorption solution theory, PAC-900 samples at 273 K and below 0.8 bar showed the best selectivity. These results suggest that the high selectivity of carbon dioxide/nitrogen adsorption at 273 K is due to the carbon dioxide adsorption capacity of hydroxyapatite formed by the decomposition of carbonate when pig bone is activated at 900 ℃ and its crystallinity.