연구발표초록 ( 이동현상 / 고분자유변학 (Ⅰ) ) : 경계 적분법을 이용한 Cavity 내의 물질전달 속도의 예측

주재백 (정) ( Jeh Beck Ju ) 한국화학공학회 1990 추계학술발표회 Vol.- No.-

비정질 $WO_3$ 박막과 전해질 계면에서의 리튬 층간 반응의 교류 임피던스 해석

민병철,주재백,손태원,Kim Byoung-Chul,Ju Jeh-Beck,Sohn Tae-Won 한국전기화학회 1998 한국전기화학회지 Vol.1 No.1

To AC impedance study was performed in this study on the interfacial reaction between organic electrolyte and amorphous tungsten oxides thin film, cathodically coloring oxide, prepared by e-beam evaporation method in the 1 M $LiClO_4/PC$ organic solution. The electrochemical reactions at the interface were analyzed by the transient method and the complex impedance spectroscopy. The impedance spectrums showed that the electro-chemical intercalation of lithium cations was consisted of the following three steps; the first step, the charge transfer reaction of lithium cation at the interface between amorphous tungsten oxides thin film and the organic electrolyte, the second step, the adsorption of lithium atom on the surface of amorphous tungsten oxides thin film, and then the third step, the absorption and the diffusion of lithium atom into amorphous tungsten oxides thin layer. The bleaching and the coloring characteristics of amorphous tungsten oxides thin film were explained in terms of thermodynamic and kinetic variables, the simulated $R_{ct},\;C_{dl},\;D$ and $\sigma_{Li}$ by CNLS fitting method. Especially it was found that the limiting values of electrochromic reaction were the molar ratio of lithium, y=0.167 and the electrode potential, E=2.245 V (vs. Li). 본 연구에서는 전자-선 증발법으로 제조된 비정질의 텅스텐 산화물 박막과 전해질 계면에서 진행되는 전기화학반응을 1 M $LiCLO_4/PC$유기 전해질 계면에서 비정질의 텅스텐 산화물 박막 내부로 삽입된 리튬의 양론 값과 박막 전위의 변화에 대하여 연구하였다. 특히 복소수 임피던스 스펙트럼으로부터 제안된 박막과 전해질 계면의 등가 회로는 리튬의 층간 반응 기구가 텅스텐 산화물 박막/유기 전해질 계면에서 리튬 이온의 전하 전달 현상, 텅스텐 산화물 박막에 리튬의 흡착현상 및 박막 내부로의 리튬의 흡수 및 확산 현상으로 구성되어 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 CNLS fitting법에 의하여 시뮬레이션된 $R_{ct},\;C_{dl},\;D$, 및 $\sigma_{Li}$ 등의 열역학 및 속도론적 변수 값 등의 상관 관계로부터,비정질의 텅스텐 산화물 박막의 소. 발색 특성은 이들 변수값과 관련이 있었으며, 특히 $Li_y,WO_3$, 박막 내의 리튬의 몰비 y=0.167및 전극 전위 E=2.25 V(vs. Li)에서 전기 발색의 한계값을 갖는 것으로 조사되었다.

LiFePO₄/C의 carbon coating 방법 및 다공성 구조 형성에 의한 전기화학적 특성 개선

공기천,주재백,Kong, Ki Chun,Ju, Jeh Beck 한국전기화학회 2014 한국전기화학회지 Vol.17 No.4

본 연구에서는 리튬이온 이차전지 양극 활물질로 사용되는 $LiFePO_4$ 활물질을 이용하여 전지를 제조한 후 그 특성들을 평가하였다. 공침법을 이용하여 $FePO_4$ 전구체를 합성한 후 생성된 전구체에 리튬을 합성시키며, 열처리를 통하여 활물질을 생성시킨다. 열처리 온도에 의한 결과 중 $750^{\circ}C$에서의 결과가 가장 우수함을 확인하였으며 전도성을 확보하기 위하여 카본을 코팅하는 방법을 물리적 코팅 방식과 화학적 코팅방법으로 나누어 실험하였으며 물리적 카본 코팅의 결과 6wt%를 코팅했을 때 125 mAh/g의 용량을 보였으며 화학적 코팅에서는 코팅하지 않은 기본 활물질 보다 약 40%의 성능향상을 보여 130~140 mAh/g 대의 활물질 용량을 보였다. 다공성 구조체를 형성하기 위하여 nanocomposite을 투입한 실험에서는 $Al_2O_3$를 첨가한 활물질이 porous 형태의 구조체를 형성하고 $SiO_2$을 첨가한 활물질 보다 132 mAh/g의 용량으로 우수함을 알 수 있었다. In this study, the method to improve the electrochemical performance of $LiFePO_4$ by carbon coating and morphology control into porous structure was studied. The synthesis of $LiFePO_4$ was done by coprecipitation method by two step procedure. In the first step $FePO_4$ precursor was synthesized by coprecipitation method, followed by impregnation of lithium into the precursor at $750^{\circ}C$. The carbon coating was done by both physical and chemical coating processes. Using the physical coating process, the amount of coating layer was 6% and the capacity achieved was 125 mAh/g. In case of chemical coating process, the active material delivered 130~140 mAh/g, which is about 40% improvement of delivered capacity compared to uncoated $LiFePO_4$. For the morphology control into porous structure, we added nano particles of $Al_2O_3$ or $SiO_2$ into the active materials and formed the nanocomposite of ($Al_2O_3$ or $SiO_2$)/$LiFePO_4$. Between them, $SiO_2/LiFePO_4$ porous nanocomposite showed larger capacity of 132 mAh/g.

돌출부를 지닌 전극의 전기도금시스템에 대한 이론적 이차 전류분포 해석

손태원,주재백,Sohn, Tai-Won,Ju, Jeh-Beck 한국전기화학회 2009 한국전기화학회지 Vol.12 No.4

돌출부를 지니고 있는 전극의 전기도금 공정에 대한 이론적 이차 전류분포에 대하여 고찰하였다. 전극이 모두 전도체인 경우(Case 1)와 돌출부위만 전도체인 경우(Case 2) 두 가지 경우에 대하여 인가전위, 이온교환 전류밀도와 용액의 비전도도의 비인 $\xi$값, aspect ratio의 영향 등에 대하여 살펴보았다. 그 결과 인가 전위와 $\xi$값이 증가할수록 전류분포는 불균등화가 심화됨을 알 수 있었다. Aspect ratio가 작아질수록 전류분포가 보다 균등화되며 Case 2의 경우가 Case 1의 경우 보다 균등도가 좋아짐을 알 수 있었다. 돌출부위가 다양한 모양으로 이루진 전극에 대해서도 이 모델을 적용한 결과 전극 표면에 따른 국부 전류분포를 동시에 계산할 수 있음을 알 수 있었고 이 경우에도 이전과 마찬가지로 $\xi$값이 감소할수록 전류분포의 균등도가 좋아짐을 알 수 있었다. Theoretical calculations for the secondary current distributions for the electrode with a projection part in electroplating were performed. Two kinds of electrodes were considered. One is a electrode with the overall conducting surfaces(Case 1) and the other is an electrode in which only a projection part has a conducting surface(Case 2). The effects of applied potential, the ratio of ion exchange current to conductivity, $\xi$ and the aspect ratio on the current distribution were examined. The increase of applied current or the value of $\xi$ decreased the uniformity of current distribution. The small value of aspect ratio resulted the more uniform current distribution and Case 2 showed the better uniformity than Case 2. When this model was applied into an electrode with various projection parts, the local current distribution along the electrode surface were obtained successfully. In this case, the decrease of $\xi$ also increase the uniformity of current distribution as seen previously.

학술발표회 초록 ( 재료 (Ⅶ) ) : 니켈기 초합금의 고온부식에 대한 산소의 영향

김판규,주재백,손태원,조원일,김종집 ( Pan Gyu Kim,Jeh Beck Ju,Tae Won Sohn,Won Il Cho,Chong Jip Kim ) 한국화학공학회 1993 추계학술발표회 Vol.- No.-

리튬-철 산화물 전극의 제조 및 전류전위 순환 특성에 관한 연구

정원중,주재백,손태원,Jeong Won-Joong,Ju Jeh-Beck,Sohn Tai-Won 한국전기화학회 1999 한국전기화학회지 Vol.2 No.3

본 연구에서는 리튬전지 내 양극 재료로서 리튬-철계 산화물의 응용가능성을 모색하기 위하여 여러 제조방법에 따라 변화되는 전기화학적 특성을 고찰하고자 하였다. 철산화물에 대한 기본적인 양극 전기화학적 특성을 관찰하기 위해 철판, 철분말을 산화시켜 제작한 전극과 FeOOH 분말로 제작한 전극을 전류전위 순환실험을 실행하였다. 그 결과 철판과 FeOOH분말 전극의 경우 거의 리튬 층간의 산화-환원 반응이 일어나지 않음을 알 수 있었으며 철 분말의 산화물 전극에서는 리튬이온의 환원반응 피크는 보이나 산화반응은 거의 관찰되지 않았다. 또한 출발 물질 $FeCl_3-6H_2O,\;NaOH.\;LiOH$를 혼합하여 저온으로 가열하여 층상의 $LiFeO_2$를 합성하였으며, 출발 물질의 조성비를 바꾸어 그 영향을 조사하였다. 그 결과 NaOH의 첨가량이 증가할수록 전극의 용량과 효율은 감소하나 용량의 감소율은 작아짐을 알 수 있었다. $NaOH/FeCl_3/LiOH$의 몰 비를 2/1/7로 조성하여 합성하였을 때 가장 큰 용량을 보였으나 효율은 30회 순환 후 급격히 감소하였다. Various types of iron oxide based materials as a cathode of lithium secondary battery have been prepared and their electrochemical characteristics have been also observed. In order to understand the fundamental characteristics of iron oxide electrode, three kinds of iron oxides such as iron oxides formed by direct oxidation of iron plate or iron powders and FeOOH powders were tested with cyclic voltammetry. The oxidation and reduction peaks due to the reaction of intercalation and deintercalation were not observed for the iron oxide prepared with iron plate and FeOOH powders. In case of iron oxide prepared from iron powders, only one reduction peak was observed. A layered form of $LiFeO_2$ was synthesized directly from $FeCl_3\cdot6H_2O,\;NaOH\;and\;LiOH$ and LiOH by hydrothermal reaction. The effect of NaOH on the electrode performance was examined. When increasing NaOH, it provides the electrode with less discharge capacity and efficiency, however, decreasing rate of discharge capacity became smaller. $LiFeO_2$ synthesized with the molar ratio of $NaOH/FeCl_3/LiOH$, 2/1/7 showed the largest capacity, but the discharging efficiency was sharply decreased after 30 cycles.

이차전지내 발생하는 수소-산소 혼합기체 재결합용 촉매의 성능 측정 및 이론적 모델 연구

김용식,장민환,주재백,Kim, Yong-Sik,Chang, Min-Hwan,Ju, Jeh-Beck 한국전기화학회 2014 한국전기화학회지 Vol.17 No.1

이차전지에서 충전이나 방전시 발생하는 수소-산소 혼합기체의 재결합반응용 촉매들의 성능을 측정하고 모델식을 정립 및 해석하여 실험값과 비교하였다. 전기분해셀을 이용하여 수소-산소 혼합기체를 발생시켰으며 고정층 촉매 반응기를 사용하여 촉매의 성능을 측정하였다. 생성된 물의 양과 전기 분해셀에서 감소된 전해질 양의 비인 수율은 전해셀내 전해질인 KOH의 농도 및 인가전류의 크기가 커질수록 증가함을 보였으며 촉매 1의 성능이 가장 우수하였고 수율은 60%이하의 값을 보였다. 이론적인 패러데이 법칙을 이용하여 계산된 패러데이 수율은 촉매 1의 경우 거의 최대 100%에 가까운 수율도 보여주었다. 여러 촉매들은 유량속도에 따라 물의 생성량의 범위가 5-40 g/day인 성능을 보여주었다. 준균질 촉매 반응기 모델식으로 해석한 결과 반응기 내부의 가장 뜨거운 부분은 유량속도가 커질수록 출구 쪽으로 이동하고 온도는 $440-480^{\circ}K$ 사이였으며 점화온도에는 못 미치는 것으로 나타났다. 반응기 출구에서의 평균 수소농도로부터 계산한 물의 생성량을 실험값과 비교한 결과 유량속도가 약 $0.5cm^3/sec$이하인 경우 모델 결과와 부합됨을 알 수 있었으나 그 이상의 유량속도에서는 차이가 남을 알 수 있었다. The performance of catalysts for the recombination of oxyhydrogen gas was measured and compared with the results obtained from theoretical model. The oxyhydrogen gas was generated by the electrolysis cell and recombined through the fixed bed catalytic reactor. The yield that is the ratio of water-amount produced to the water-amount consumed in the electrolysis cell was increased with the increase of KOH concentration in electrolysis cell and the applied current. The catalyst 1 showed the best performance and the yield was under 60 %. The faradic yield calculated by Faraday's law showed about 100% in maximum with catalyst 1. The production rate of water generated by the recombination was 5-40 g/day dependent on the flow rate of mixed gas. Considering the results calculated from the pseudo-homogeneous catalytic reactor model, the hot point inside the reactor was moved to the direction of outlet and the maximum temperatures were $440-480^{\circ}K$ when the gas flow rate increased. The production rate of water calculated from the theoretical model showed good agreement with experimental results below the flow rate of $0.5cm^3/sec$, but there were much differences above that flow rate.

졸-겔법으로 제조된 비정질의 텅스텐 산화물 박막과 황산 전해질 계면에서 일어나는 수소의 층간 반응에 대한 전기화학적 특성

강태혁,민병철,주재백,손태원,조원일,Kang, Tae-Hyuk,Min, Byoung-Chul,Ju, Jeh-Beck,Sohn, Tae-Won,Cho, Won-Il 한국공업화학회 1996 공업화학 Vol.7 No.6

본 연구에서는 W-IPA(peroxo-polytungstic acid)를 출발 물질로 하는 졸 용액을 ITO(indium tin oxide)가 입혀진 유리판 위에 침적 도포(dip-coating) 방법으로 침적시키고, 이것을 겔화시킨 후에 열처리하여 전기 발색 소자 (electrochromic device, ECD)의 텅스텐 산화물 박막 전극을 만들어 이의 전기화학적인 특성을 고찰하였다. 가장 좋은 전기 화학적 특성을 나타내는 조건은 $2g/10mL(W-IPA/H_2O)$졸 용액에 15회 침적 도포하여 $230{\sim}240^{\circ}C$의 온도로 최종 열처리 한 텅스텐 산화물 박막 전극이었으며, 침적 횟수의 증가에 따라 산화 텅스텐 박막의 두께는 비례하여 증가하였고, 5회 침적 도포 이후에는 1회 침적 도포시 약 $60{\AA}$ 두께로 막이 생성됨을 알 수 있었다. 졸-겔법으로 제조된 텅스텐 산화물 박막 전극은 X-선 회절 분석에 의하여 비정질 구조, 주사 전자 현미경에 의하여 박막 표면은 균일한 것으로 조사되었다. 다중 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선에 의하면 순환 횟수가 수백회 이상임에도 불구하고 소 발색은 뚜렷하게 나타났으나, 더욱 많은 순환 횟수에서는 전해질인 황산 수용액 중에서 텅스텐 산화물 박막의 박리 현상이 일어나 소 발색의 전류 밀도는 차츰 감소하였다. 전위 주사 속도를 변화시키면서 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선으로부터 구한 전기화학적 특성 값을 이용하여 반응에 참여하는 수소 이온의 확산 계수를 구할 수 있었다. The peroxo-polytungstic acid was formed by the direct reaction of tungsten powder with the hydrogen peroxide solution. Peroxo-polytungstic powder were prepared by rotary evaporator using the fabricated on to ITO coated glass as substrate by dip-coating method using $2g/10mL(W-IPA/H_2O)$ sol solution. A substrate was dipped into the sol solution and after a meniscus had settled, the substrate was withdrawn at a constant rate of the 3mm/sec. Thicker layer could be built up by repeated dipping/post-treatment 15 times cycles. The layers dried at the temperature of $65{\sim}70^{\circ}C$ during the withdrawn process, and then tungsten oxides thin film was formed by final heating treatment at the temperature of $230{\sim}240^{\circ}C$ for 30min. A linear rotation between the thickness of thin film and the number of dipping/post-treatment cycles for tungsten oxides thin films made by dip-coating was found. The thickness of thin film had $60{\AA}$ after one dipping. From the patterns of XRD, the structure of tungsten oxides thin film identified as amorphous one and from the photographs of SEM, the defects and the moderate cracks were observed on the tungsten oxides thin film, but the homogeneous surface of thin films were mostly appeared. The electrochemical characteristic of the $ITO/WO_3$ thin film electrode were confirmed by the cyclic voltammetry and the cathodic Tafel polaization method. The coloring bleaching processes were clearly repeated up to several hundreds cycles by multiple cyclic voltammetry, but the dissolved phenomenon of thin film revealed in $H_2SO_4$ solution was observed due to the decrease of the current densities. The diffusion coefficient was calculated from irreversible Randles-Sevick equation from the data obtained by the cyclic voltammetry with various scan rates.

졸 - 겔법으로 제조된 비정질의 텅스텐 산화물을 박막과 황산 전해질 계면에서 일어나는 수소의 층간 반응에 대한 전기화학적 특성

강태혁,민병철,주재백,손태원,조원일 ( Tae Hyuk Kang,Byoung Chul Min,Jeh Beck Ju,Tae Won Sohn,Won Il Cho ) 한국공업화학회 1996 공업화학 Vol.7 No.6

본 연구에서는 W-IPA(peroxo-polytungstic acid)를 출발 물질로 하는 졸 용액을 ITO(indium tin oxide)가 입혀진 유리판 위에 침적 도포(dip-coating) 방법으로 침적시키고, 이것을 겔화시킨 후에 열처리하여 전기 발색 소자(electrochromic device, ECD)의 텅스텐 산화물 박막 전극을 만들어 이의 전기화학적인 특성을 고찰하였다. 가장 좋은 전기 화학적 특성을 나타내는 조건은 29/10mL(W-IPA/H₂O)졸 용액에 15회 침적 도포하여 230∼240℃의 온도로 최종 열처리 한 텅스텐 산화물 박막 전극이었으며, 침적 횟수의 증가에 따라 산화 텅스텐 박막의 두께는 비례하여 증가하였고, 5회 침적 도포 이후에는 1회 침적 도포시 약 60 두께로 막이 생성됨을 알 수 있었다. 졸-겔법으로 제조된 텅스텐 산화물 박막 전극은X-선 회절 분석에 의하여 비정질 구조, 주사 전자 현미경에 의하여 박막 표면은 균일한 로조사되었다. 다중 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선에 의하면 순환 횟수가 수백회 이상임에도 불구하고 소·발색은 뚜렷하게 나타났으나, 더욱 많은 순환 횟수에서는 전해질인 황산 수용액 중에서 텅스텐 산화물 박막의 박리 현상이 일어나 소·발색의 전류 밀도는 차츰 감소하였다. 전위 주사 속도를 변화시키면서 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선으로부터 구한 전기화학적 특성 값을 이용하여 반응에 참여하는 수소 이온의 확산 계수를 구할 수 있었다. The peroxo-polytungstic acid was formed by the direct reaction of tungsten powder with the hydrogen peroxide solution. Peroxo-polytungstic powder were prepared by rotary evaporator using the fabricated on to ITO coated glass as substrate by dip-coating method using 2g/10mL(W-IPA/H₂O) sol solution. A substrate was dipped into the sol solution and after a meniscus had settled, the substrate was withdrawn at a constant rate of the 3mm/sec. Thicker layer could be built up by repeated dipping/post-treatment 15 times cycles. The layer dried at the temperature of 65∼70℃ during the withdrawn process, and then tungsten oxides thin film was formed by final heating treatment at the temperature of 230∼240℃ for 30min. A linear relation between the thickness of thin film and the number of dipping/post-treatment cycles for tungsten oxides thin films made by dip-coating was found. The thickness of thin film had 60 after one dipping. From the patterns of XRD, the structure of tungsten oxides thin film identified as amorphous one and from the photographs of SEM, the defects and the moderate cracks were observed on the tungsten oxides thin film, but the homogeneous surface of thin films were mostly appeared. The electrochemical charateristic of the ITO/WO₃ thin film electrode were conformed by the cyclic voltammetry and the cathodic Tafel polarization method. The colaring-bleaching processes were clearly repeated up to several hundreds cycles by multiple cyclic voltammetry, but the dissolved phenomenon of thin film revealed in H₂SO₄ solution was observed due to the decrease of the current densities. The diffusion coefficient was calculated from irreversible Randles-Sevick equation from the data obtained by the cyclic voltammetry with various scan rates.

환원 백색소자인 텅스텐 산화물 적극 계면의 전기화학적 특성 연구

민병철,박인철,주재백,손태원 ( Byoung Chul Min,In Cheol Park,Jeh Beck Ju,Tae Won Sohn ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.5

텅스텐을 열 산화하여 제조한 산화전극과 전자빔 진공 증착기에 의하여 ITO표면에 텅스텐 산화물을 증착시킨 박막전극의 전기화학적 발색 현상을 연구하였다. 두 종류의 전극에 대한 전기화학적 특성 및 용액내 용존 산소와 수소 이온농도의 영향을 순환 전류-전압 측정법, Tafel 분극실험 측정을 통하여 고찰하였다. 산소농도 변화에 따른 cathodic Tafel 분극 특성으로부터 산소 농도의 증가는 발색 반응의 이온교환 전류밀도를 미약하게 증가시키는 반면 Tafel 기울기는 크게 감소시킴을 알 수 있었다. 진공증착 박막 전극에서 발색 반응에 대한 α_°n을 계산하였으며 매우 느린 발색반응속도를 감안하여 완전 비가역이라 가정할 경우 반응에 소모되는 전자수는 0.62로써 박막 텅스텐 산화물의 반응성이 우수한 것을 알 수 있었다. 수소이온농도의 감소시 Tafel 기울기는 일차적으로 감소하였으나 수소이온 농도가 매우 적은 경우에는 반응기구가 다르게 변함을 알 수 있었다. 또한, 주사전자 현미경에 의하여 각 전극의 표면 상태를 조사한 결과 발색-소색의 순환 실험 후의 열 산화 후막 전극에서 심한 균열이, 또한 진공증착 박막 전극의 경우에는 균열에 의한 산화 막의 박리현상이 관찰되었다. X선 회절 분석법에 의하여 열 산화 후막 전극은 결정성을, 진공증착 박막 전극은 비정질성을 지님을 알 수 있었다. The phenomenon of the electrochromism of tungsten oxide films, which were deposited by electron-beam vacuum evaporation on indium tin oxide(ITO) glass and by thermal oxidation of tungsten bulk, was studied in H₂SO₄ solution. The electrochemical characteristics of these two kinds of electrodes were examined by cyclic voltammetry and Tafel polarization method. Considering the effect of dissolved oxygen on the Tafel polarization, the ion exchange current densities were slightly increased, while the catholic Tafel slopes were decreased with an increase of oxygen content. If the coloring process is assumed completely irreversible, the number of electrons or protons consumed in the coloring reaction would be 0.62 as a maximum value. This indicates that the evaporated film used in this study provided the good reactivities for the electrochromic reaction. The Tafel slope was linearly decreased with the decrease of hydrogen ion concentration and the reaction mechanism seems to be changed in a solution with very low hydrogen ion concentration. From the results of SEM, severe and moderate cracks were observed on the surface of thermally oxidized films and evaporated films, respectively. By the analysis of XRD, the structure of thermally oxidized film was identified as polycrystalline, whereas that of evaporated film was amorphous.