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장은광,안진혁,조국영 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
전기차를 위한 리튬 이온 전지의 경우 고에너지 밀도, 내열성 및 안정한 장기 구동 성능이 필요하다. 최근에는 고용량을 갖는 니켈 함량이 높은 LiNixMnyCozO2 전극이 주목받고 있다. 그러나, 고용량 전극의 경우, 전지의 구동 중 전해액과의 부반응에 의해 기체가 발생한다. 이는 전지의 수명 단축시키는 문제점이 되며, 특히 발생된 기체는 gas pocket을 형성하고 전지에 악영향을 준다. 따라서 전지의 안정적인 장기 구동을 위해서는 이러한 gas pocket의 발생을 억제하는 것이 중요하다. 위의 문제점을 해결하기 위해 우리는 기존 상용화된 분리막에 점착성 고분자 층과 세라믹 코팅층의 다층 구조를 갖는 분리막을 설계하였으며. 제작된 다층 코팅 분리막의 경우 이온전도도, 내열성, 전해액 함침성에서 우수한 특성을 보였다. 또한 사이클이 진행됨에 따른 저항의 증가 값을 효과적으로 감소시켰으며, 이는 에너지원이 장기적인 안정성을 갖춰야 하는 전기자동차에서 큰 장점을 가진다. 또한 유기용매를 사용하지 않고 다층 코팅 분리막을 제조하는 것은 환경적, 비용적인 측면에서도 매우 효과적이다.
무기물 복합체 코팅을 통한 리튬 메탈 전지의 성능 향상
장은광,안진혁,조국영 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
리튬이차전지는 높은 출력과 우수한 충방전 성능으로 다방면에 사용되는 전지이다. 현재 전기차 와 같은 고 에너지밀도를 지닌 전지의 필요성이 대두됨에 따라 기존 흑연음극 에서 더 높은 용량을 갖는 음극의 필요성이 제기되었고 높은 용량(3860mAh/g)과 낮은 환원 전위(-3.04V vs SHE)를 갖는 이상적인 음극인 리튬금속의 연구가 활발해졌다. 하지만 덴드라이트 성장에 따른 안전성 문제와 충, 방전 효율이 좋지않다는 단점 때문에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기위해 본 연구에서는 덴드라이트를 억제하는 복합 코팅층을 형성하였고 덴드라이트를 억제하고자 하였으며 그 결과 SEM을 통해 효과적으로 덴드라이트를 억제한 것을 확인하였고 또한 충, 방전 특성과 율속 및 임피던스가 향상된 것을 확인 하였다. 본 연구를 통해 리튬금속을 음극으로 안전하게 사용할 방법을 제시한다.
장은광,이성철,고범수 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1
A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is not only highly efficient device but also an eco-friendly energy-conversion device, which is expected as one of the most promising alternatives to conventional fossil fuel. Maintaining the high humidification in the membrane electrode assembly (MEA) during the operation is important to obtain high fuel-cell performance. However, despite many research on PEMFC, the catalyst layer (CL) that achieves high performance under non-humidity is still insufficiently explored. In this study, Nano sized dense structure (NSDS) formed by a phase-separated morphology in an agglomerated CL of Pt/C and Nafion ionomer was fabricated by electrostatic spray deposition (ESD). To keep the water retention, the NSDS layer deposited on top of the conventional CL. As a result, the dual-layered MEA appeared the better cell performance than conventional MEA under the low relative humidification because the NSDS CL enables the self-humidification.
장은광,김태현,이성철 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is clean generator because reaction product is only water. Because of the oxygen reaction kinetics and durability issues, numerous researches on the graphenebased electrocatalyst have been investigated. However, the influence of the dimension of carbon support on the catalyst layer is insufficiently explored. Therefore, we investigate the effect of the carbon support type on the cell performance. The membrane electrode assemblies (MEAs) for different supports were prepared by the spray method. The carbon supports influenced the electrochemical performances of the MEAs due to their morphology. The electrochemical impedance spectroscopy was further examined to investigate the relation between the support types and the electrochemical properties.
리튬금속 음극을 위한 고 유전율 및 견고한 특성을 가지는 유, 무기 복합 코팅
장은광,안진혁,임진솔,조국영 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
차세대 배터리를 위한 리튬 금속음극 개발은 수많은 도전과제를 가지고 있다. 그 문제들 중 하나인 Li dendrite의 성장은 전지의 심각한 안전 문제를 일으킬 뿐만 아니라 전해액의 지속적인 소비로 인하여 전지 성능의 저하를 초래한다. 본 연구에서는 리튬 금속 음극 표면에 유, 무기 복합 코팅층을 제조하여 이러한 문제점을 해결하였다. 복합 코팅층은 높은 이온전도성과 기계적 강도를 가지며 이를 통해 dendrite의 성장을 억제할 뿐만 아니라 리튬 염의 분해를 방지한다. 일반적으로 LiPF<sub>6</sub>를 상업적으로 가장 많이 쓰이고 있으나 리튬금속전지 에서는 분해가 심각하여 이의 개선이 필요한 것이다. 또한 우수한 계면 안정성을 통해 리튬 금속음극의 장기 안정 성능을 확보하였다. 이를 통해 LMO/코팅된 리튬을 이용한 완전지에서 일반 리튬을 사용하는 것 보다 용량 유지율이 향상되었음을 확인하였다. 본 연구는 리튬 금속음극을 사용하는 전지에서 코팅층을 통해 기존 문제를 해결하는 하나의 방법을 제시하였다.
Atomic Layer Deposition을 이용한 ZrO2 코팅의 NMC 523 전극의 고전압 구동에 대한 영향
안진혁,장은광,조국영 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
전기자동차, ESS 등의 대용량 에너지 저장시스템으로 이용하기 위해 리튬 이온 배터리의 현재 성능은 높은 에너지 밀도, 사이클 수명, 안정성 등에서 개선되어야 한다. 리튬 이온 배터리의 고전압 구동은 에너지 밀도를 향상시키기 위한 방법 중 하나이다. 3성분계인 LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC)는 높은 용량, 율속 특성, 안정적인 사이클 특성의 이점을 가진다. 특히 LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2 (NMC 523) 소재는 성공적으로 상업적 적용이 이루어졌다. 하지만, 4.4 V 이상에서의 사이클에 따른 용량 감소 문제는 대용량 배터리 구현에 걸림돌이 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해 표면 코팅, 첨가제 도입 등의 연구가 이루어져 왔다. 코팅에 관하여 기존의 습식 화학 증착 코팅은 다공성 전극 표면에 균일한 코팅막을 형성하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 atomic layer deposition을 통해 ZrO2를 박막으로 NMC 523 전극 표면에 코팅함으로써 박막의 균일한 코팅층을 도입하였다. ZrO2 박막 코팅을 통한 4.6V의 고전압에서 NMC 532 전극의 사이클 특성 및 율속 특성에 대한 영향을 평가하였다.
이상빈,장은광,김태현,이성철 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.0
A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is highly efficient and clean energy-conversion device. In the PEMFC, the additives in catalyst layer (CL) affect the performance over a wide range of relative humidity (RH). In addition, the CL morphology influences performance. However, the key properties which impact the CL morphology and cell polarization under low RH are inadequately investigated. In this study, the effect of addition of SiO2 in the CLs, whose structures were controlled by different solvents, on the CL structure and performance was investigated. Glycerol and N-methyl-2-pyrrolidinone were chosen as solvents to control the CL morphology. The CL structure and water uptake were explored. Furthermore, electrochemical performances, such as direct-current polarization and electrochemical impedance spectra, were evaluated. As a results, the cell polarizations under wide range of RH were influenced by not only the addition of SiO2 but also the CL morphology.