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구정분,장보윤,한구승 한국물리학회 2015 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.67 No.10
Silicon-carbon (Si-C) composites with various weight ratios were prepared through heat treatment of water-soluble carboxymethyl cellulose (CMC) with Si nanoparticles synthesized by using an inductively-coupled plasma. Microstructures of the Si-C composites were thoroughly investigated by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The results indicate that we obtained a micro-sized Si-C composite with homogeneously-distributed crystalline Si nanoparticles in an amorphous C-matrix. Pores, which were due to the volatilization of CO2 from CMC during heat treatment, was detected when the concentration of carbon was increased. The electrochemical properties of those Si-C composites for use as anode materials in lithium-ion batteries (LIBs) were also investigated. The C-matrix enhanced the capacity retention, as well as the rate capability of Si nanoparticles, due to the dense and homogeneous microstructures of the composite. The Si-C composites (7:3 weight ratio) retained a reversible capacity of > 1,000 mAh/g with a capacity retention of 88.9% even after 100 cycles. The reversible capacity ratio at a 1.5 C-rate was about 80% as compared with that at a 0.1 C-rate.
구정분(Koo, Jeongboon),김영애(Kim, Youngae),권현지(Kwon, Hyunji),곽인섭(Kwak, Inseob),신장식(Sin, Jangsik) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
본 연구에서는 중 소형 SOFC에 적용할 수 있는 연료 변환 시스템으로 자체 기동 및 독립운전이 가능한 천연가스 자열개질(ATR) 반응기를 10Nm³/hr급으로 개발하고자한다. 설계된 천연가스 자열개질기는 자열개질 촉매를 코팅한 금속 모노리스형 촉매체를 반응기 내에 장착함으로써 반응열을 신속하게 제거 또는 공급할 수 있는 시스템으로 구성되었다. 이는 금속 모노리스의 뛰어난 열전도 능력에 의해 반응기 내의 촉매층 전체 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있는 저에너지형 자열개질 반응기이다. 또한 빠른 기동 특성을 실현하기 위하여 전기 발열식 촉매체(EHC ; Electically Heated Catalyst)를 장착한 start-up 시스템을 적용하여 천연가스 자열개질 반응기의 신속한 기동과 장치 간편화를 실현하였으며, 합성 syngas의 배열 회수를 위한 최적 열교환 시스템을 설계/적용함으로써 에너지 효율 향상을 도모하였다. 이와 같은 촉매 및 구조 시스템을 가지는 천연가스 자열개질 반응용 소형 연료변환 시스템을 원통형의 이중관 구조로 구성하고, 독립운전 모드로 개발함으로써 소형 SOFC의 연료 변환장치의 적용에 용이하게 하고자 한다.
1 Nm3/h급 연료 변환시스템에서 메탄의 자열 개질반응
구정분 ( Jeong Boon Koo ),신장식 ( Jang Sik Sin ),양정민 ( Jeong Min Yang ),이종대 ( Jong Dae Lee ) 한국화학공학회 2012 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.50 No.5
The autothermal reforming of methane to syngas has been carried out in a reactor charged with both a Ni (15 wt%)-Ru (1wt%) /Al2O3-MgO metallic monolith catalyst and an electrically-heated convertor (EHC), The standalone type reactor has a start-up time of less than 2 min with the reactant gas of 700˚C fed to the autothermal reactor. The O2/CH4 and H2O/CH4 ratio governed the methane conversion and temperature profile of reactor. The reactor temperature increased as the reaction shifted from endothermic to exothermic reaction with decreasing H2O/CH4 ratio. Also the amount of CO2 in the products increases with increasing H2O/CH4 ratio due to water gas shift reaction. The 97% of CH4 conversion was obtained and the reactor temperature was maintained 600˚C at the condition of GHSV=10,000 h-1 and feed ratio (H2O/CH4=0.6 and O2/CH4=0.5). In this condition, the maximum flow rate of the syngas generated from the reactor charged with 170 cc of the metallic monolith catalyst is 0.94 Nm3/h.
Si 나노입자에서 shell이 전기화학적 특성에 미치는 영향
이정은,구정분,장보윤,김성수,Lee, Jeong-eun,Koo, Jeong-boon,Jang, Bo-yun,Kim, Sung-Soo 한국전기전자재료학회 2016 전기전자재료학회논문지 Vol.29 No.4
Effects of $SiO_x$ or C shells on electrochemical properties of Si nanoparticles were investigated. $SiO_x$ shells with thickness of 10~15 nm were formed on homogeneously crystalline Si nanoparticles. Incase of Si-C nanoparticles, there were 30~40 layers of C with a number of defects. Li-ion batteries were fabricated with the above-mentioned nanoparticles, and their electrochemical properties were measured. Pristine Si shows a high IRC (initial reversible capacity) of 2,517 mAh/g and ICE (initial columbic efficiency) of 87%, but low capacity retention of 22%, respectively. $SiO_x$ shells decreased IRC (1,534 mAh/g) and ICE (54%), while the retention increased up to 65%, which can be explained by irreversible phases such as $LiO_2$ and $Li_2SiO_3$. C shells exhibited no differences in IRC and ICE compared to the pristine Si but an enhanced retention of 54%, which might be from proper defect structures.
유도결합 플라즈마와 이중관 반응기를 이용하여 제조한 보론-도핑된 결정질 실리콘 나노입자의 합성
정천영,구정분,장보윤,이진석,김준수,한문희,Jung, Chun-Young,Koo, Jeong-Boon,Jang, Bo-Yun,Lee, Jin-Seok,Kim, Joon-Soo,Han, Moon-Hee 한국전기전자재료학회 2014 전기전자재료학회논문지 Vol.27 No.10
B-doped Si nanoparticles were synthesized by using inductive coupled plasma and specially designed double tube reactor, and their microstructures were investigated. 0~10 sccm of $B_2H_6$ gas was injected during the synthesis of Si nanoparticles from $SiH_4$ gas. Highly crystalline Si nanoparticles were synthesized, and their crystallinity did not change with increase of $B_2H_6$ flow rates. From SEM measurement, their particle sizes were approximately 30 nm regardless of $B_2H_6$ flow rates. From SIMS analysis, almost saturation of B in Si nanoparticles was detected only when 1 sccm of $B_2H_6$ was injected. When $B_2H_6$ flow rate exceeded 5 sccm, higher concentration of B than solubility limit was detected even if any secondary phase was not detected in XRD or HR-TEM results. Due to their high electronic conductivity, those heavily B-doped Si nanoparticles can be a potential candidate for an active material in Li-ion battery anode.
폐연료전지(廢燃料電池)스택으로부터 회수(回收)된 백금(白金)의 나노 입자(粒子) 제조(製造)
김영애,권현지,구정분,곽인섭,신장식,Kim, Young-Ae,Kwon, Hyun-Ji,Koo, Jeong-Boon,Kwak, In-Seob,Sin, Jang-Sik 한국자원리싸이클링학회 2011 資源 리싸이클링 Vol.20 No.2
연료전지 폐스택으로부터 백금을 회수하여 재사용하기 위하여 백금의 농도, pH, 환원제, 분산제의 영향을 살펴본 결과 1 mM $H_2PtCl_6$:10 mM $NaBH_4$:8 mM Cl4TABr = 1:0.4:0.4(vol.%), pH4, $50^{\circ}C$, 160 rpm, 10분 조건에서 최적 백금 나노 입자 제조 조건을 확립하였다. 시용 후 폐기된 MEA로부터 산침출을 통해 회수되어진 백금 침출 용액으로부터 백금 모사 용액과 동일한 조건에서 5 nm 이하의 백금 나노 입자를 합성하였다. 백금 모사 용액과 백금 침출 용액으로부터 합성된 백금 나노 입자를 XPS 분석을 통해 백금 이온에서 zero-valent의 백금 나노 입자로 환원되었음을 확인하였다. In this study, for recovery of renewable noble metal from used stack of fuel cell, synthesis of platinum nano particle is established through effect of platinum solution concentration, pH value, reducing agent and dispersing agent at a volume ratio of 1 mM $H_2PtCl_6$:10 mM $NaBH_4$:8 mM Cl4TABr = 1:0.4:0.4(vol.%), pH4, $50^{\circ}C$, 160 rpm and 10min. Less than 5 nm platinum particles were synthesized using Pt leaching solution from used MEA of stack under same condition of method using simulated Pt solution. The characteristics of synthesized nano particles was illustrated by XPS analysis as the reduction of platinum ions into platinum metals(zero-valent).
김영애(Kim, Youngae),권현지(Kwon, Hyunji),구정분(Koo, Jeongboon),곽인섭(Kwak, Inseob),신장식(Sin, Jangsik) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 핵심부품인 스택의 MEA는 전극과 멤브레인 전해질, GDL(Gas Diffusion Layer)로 구성되며, 전극은 Anoth극과 Cathod극으로 나뉘어 각각의 전극 특성에 적합한 전극촉매를 적용하게 된다. Anoth극과 Cathod극은 탄소 지지체 위에 원하는 사양의 희유금속이 도포되어 존재하는데 이들 희유금속은 그 희귀성으로 인해 사용 후 반드시 재사용되어야 한다. 사용된 전극에서의 희유금속 회수는 산침출, 불순물제거, 추출, 탈거 공정으로 이루어지며, 산침출 시 산화제로 사용된 NaOCl로 인한 침출용액 내의 Na+ 이온의 증가는 불순물제거 공정에 의해 반드시 제거되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 CCG 방식으로 전극촉매를 GDL에 코팅한 MEA로부터 백금족 희유금속을 회수 시 MEA에 포함되어 있는 소량의 불순물을 제거하고자 한다.