Ni/MH 2차전지용 (Ti-Zr)Ni₂ ⅹMⅹ계 합금의 전극특성

정연규 全南大學校 1997 국내석사

최근, 전지의 소형화, 경량화, 고용량화 추세에 부응하기 위해서 Ni-Cd 2차전지를 대체할 수 있는 전지로 개발되고 있는 것이 Ni/MH 전지라 할 수 있다. Ni/MH 전지의 음극으로 사용되는 수소저장합금은 현재까지는 AB_5계와 AB₂계가 있다. 이중 Laves phase의 AB₂계 수소저장합금은 Zr을 기초로한 합금의 경우 수소저장능력이 원자비로 1<H/M<2 범위이며 높은 수소저장효과를 지니고 있어 LaNi_5H_6, FeTiH_(1∼2), Mg₂NiH₄등의 다른 금속 수소화물계와 비교할 때 지금까지 알려진 Pseudo-binary hydride 재료 중에서 수소저장능력이 가장 우수하다. 따라서 본 실험에서는 수소저장용량이 큰 AB₂계의 (Ti-Zr)Ni_x합금을 기초로 하고 Ni 일부를 V, Mn, Cr 및 Fe 등으로 치환하여 5원계∼6원계까지 9가지 종류의 AB₂계 수소저장합금을 제조하였다. 이 합금분말로 전극을 제조할 때 적합한 조건을 찾기 위해 대표적인 합금을 선택하여 각각 결합제로서 PTFE 분말과 전도제로서 Ni 분말을 첨가하여 제조한 전극과 합금분말에 25wt% 무전해 구리도금을 행하여 제조한 전극의 특성을 알아 보았다. 본 연구에서 제조한 5∼6원계 합금들에 대해서 XRD 분석결과 전형적인 Cl4 Hexagonal Laves 구조를 나타내고 있음을 알 수 있었으며 제 2상은 나타나지 않았고, 합금의 조직은 수지상정 구조이었다. Ni분말과 PTFE분말을 혼합하여 제조한 전극중에서는 Ti_(0.6)Zr_(0.4)V_(0.5)Mn_(0.5)Ni_(1.0)(S3)의 5원계 합금전극이 335mAh/g의 방전용량을 나타내었다. 그러나 합금설계시 V의 양이 많으면 높은 방전용량을 나타내고, Ni의 일부를 Cr, Fe로 치환한 경우 방전용량 감소를 초래하였다. 또한 이들 전극들의 싸이클 수명은 비교적 적게 나타났다. 합금분말들을 산성 구리도금액에서 무전해 도금하여 제조한 전극들은 모두 활성화가 빨리 이루어졌으며 최대 방전용량도 크게 증가하고 싸이클 수명도 증가하였다. Ti_(0.6)Zr_(0.4)V_(0.5)Mn_(0.5)Ni_(1.0)(S3)전극의 경우 구리도금후 최대 방전용량이 440mAh/g으로 매우 높게 나타났다. 싸이클이 진행됨에 따른 방전용량 감소 원인을 알아보기 위하여 전해액을 ICP분석 결과 합금 구성원소중 Ti, Mn, Ni 등은 극히 미량이 용출되지만 Zr, V은 전해액 속으로 다량 용출되었는데 이와 같이 합금 구성원소들이 전해질 속으로 용출되어 합금 표면의 형상과 조성을 변화시킨 결과 전극의 방전용량이 급속히 저하함을 알 수 있었다. Recently the metal hydride electrodes have been very extensively studied because it can be used as a substitute for the Cd electrode in Ni-Cd rechargeable battery. AB₂ type(Zr-based Laves phase) and AB_5 type(LaNi_5 or MmNi_5) alloys are as representative hydrogen storage alloys AB₂type alloys have a superior energy density compared to AB_5 type alloys. In this study, (Ti-Zr)Ni_(2-x)Mx was investigated by modifying alloying elements with V, Mn, Cr, Fe and Ni and by evaluating the electrode properties in order to design a high capacity MH electrode in Ni/MH rechargeable battery. The maximum of discharge capacity in Ti_(0.6)Zr_(0.4)V_(0.5)Mn(0.5)Ni_(1.0)(S3) alloy can be obtained up to 335mAh/g. The copper plated electrodes have shown the improved discharge capacity more than 400mAh/g the prolonged cycle life and better activation behavior. However, these electrodes have shown fast degradation. Such a result can be attributed that the elements of Zr and V were easily dissolved in electrolyte during cycling. Thus, the property of hydrogen absorption was decreased due to the dissolution effect on surface morphology as well as surface compositions of -the electrodes.

Ni-Cu-ZnO 複合鍍金의 電着 및 抗菌 特性에 관한 硏究

장용석 全北大學校 大學院 2004 국내석사

Microbiologically influenced corrosion(MIC) of metallic materials has received considerable attention due to its serious on industrial field. So antibacterial materials are urgently needed in order to protect a great loss of MIC. As a method of giving antibacterial characteristic, plating has several advantages. Antibacterial effect can be controlled by adding amount of antibacterial material, antibacterial characterization is continuous because adhesion is superior with matrix by plating material, metallic ion can liquate without loss of bulk material's anticorrosion and mass production is possible without shape or form. In case of Cu the bacteriostatic effect is superior against a specific microorganism and has not an excellent bactericidal characteristic in comparison with Ag ion in a short time. But it was known that Cu has the equal Ag's bactericidal characteristic after 24~48hours and in case of ZnO has antibacterial, antifungal and deodorant function. So to produce the antibacterial coating steel sheets, this study researched that electrodeposition and antibacterial characterization of composite plating make use of Ni, Cu, ZnO were observed and following results could obtain. 1. When Polyethylene Glycol was added in the electrolyte of Ni dispersed Cu and ZnO, powders was well dispersed and amount of electrodeposition was increased. 2. At the time of Ni-Cu alloy plating, Potassium pyrophosphate facilitate the co-deposition of nickel and copper, but their excess inhibits the nickel deposition. 3. The addition of Sodium tetraborate was effective in improving the quality of nickel-copper alloy deposited from Potassium pyrophosphate bath, resulting smooth, fine-grained, nickel-rich and lustrous deposits. 4. At the time of Ni-Cu alloy plating of dispersed ZnO, with increasing dispersion amount of ZnO powder, amount of Cu electrodeposition has scarcely changed but amount of Ni electrodeposition has decreased. 5. As a result of antibacterial activity test against Staphylococcus aureus, Ni plating sheets of dispersed Cu, ZnO have better antibacterial activity than Ni plating sheets and Ni-Cu alloy plating sheets of dispersed ZnO have the most antibacterial characterization.

Ni 수전해 촉매의 산소 농도에 따른 알칼라인 수전해 성능 변화 연구

박태윤 고려대학교 대학원 2026 국내석사

알칼라인 수전해(Alkaline water electrolysis)에서 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)은 전체 반응 속도를 결정하는 단계로 그 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 Ni 전극 촉매의 산소 농도가 미세조직 및 전기화학적 성능에 미치는 영향에 대해서는 상대적으로 연구가 부족하다. 본 연구에서는 산소 농도의 변화가 Ni 기반 전극의 산소 발생 반응 성능에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 단일 Ni 비대칭 전극은 분말야금법을 통해 제조하였으며 이후 수소 환원 열처리를 통해 산소 농도를 조절하였다. 열역학 계산을 통해 Ni 전극 기지 내 산소 고용 거동과 산소 농도에 따른 산화물 석출량을 예측하였으며 환원 열처리 후 석출된 산화물이 제거됨에 따라 산소 농도가 감소하는 것을 확인하였다. 실제 TEM 분석에서도 낮은 산소 고용도로 인해 수십 나노미터 크기의 NiO 석출물이 형성됨을 확인하였다. 환원 열처리 시간이 증가함에 따라 산소 농도가 점점 감소하였으며 이는 NiO의 환원에 기인한 것으로 판단된다. 전기화학적 분석 결과 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV) 에서 산소 농도가 감소할수록 전류밀도가 증가하고 과전압이 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)으로 얻어진 나이퀴스트 선도(Nyquist plot) 분석을 통해 산소 농도가 감소함에 따라 전하 전달 저항(Charge transfer resistance)이 감소함을 확인하였다. 이는 수소 환원 열처리를 통해 NiO 석출물이 감소하고 전극과 전해질 계면에서의 전하 이동이 보다 용이해졌기 때문으로 해석된다. 본 연구 결과는 Ni 기반 전극에서 OER 성능 최적화를 위한 산소 농도의 중요성을 강조하며 고효율 알칼라인 수전해 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다. In alkaline water electrolysis, the oxygen evolution reaction (OER) is the rate-determining step, and numerous studies have sought to enhance its efficiency. However, the influence of oxygen concentration within Ni-based electrodes on their microstructure and electrochemical performance has not been sufficiently investigated. In this study, the effect of varying oxygen concentration on the OER performance of Ni electrodes was systematically examined. A single-component Ni asymmetric electrode was fabricated via powder metallurgy, and the oxygen concentration was subsequently controlled through hydrogen reduction heat treatment. Thermodynamic calculations were performed to predict the oxygen solubility behavior in the Ni matrix and the corresponding amount of oxide precipitation. The results indicated that the oxygen concentration decreased as NiO precipitates were reduced and removed during the heat treatment. TEM analysis further confirmed the formation of NiO precipitates, tens of nanometers in size, due to the inherently low oxygen solubility in Ni. The oxygen concentration progressively decreased with increasing reduction time, which is attributed to the stepwise reduction of NiO. Electrochemical measurements revealed that a lower oxygen concentration resulted in higher current density and reduced overpotential in the linear sweep voltammetry (LSV) analysis. Moreover, Nyquist plots obtained from electrochemical impedance spectroscopy (EIS) demonstrated a decrease in charge transfer resistance as the oxygen concentration decreased. This improvement is attributed to the reduction of NiO precipitates during hydrogen treatment, which facilitates charge transfer across the electrode–electrolyte interface. Overall, this study highlights the critical role of oxygen concentration in optimizing the OER performance of Ni-based electrodes and provides valuable insight for the development of high-efficiency alkaline water electrolysis systems.The text of the abstract begins here.

Zn-Ni 합금전착에서의 니켈함량변화가 내식성에 미치는 영향

장인천 인하대학교 공학대학원 2010 국내석사

Zn-Ni 전기 전착 강판의 내식성은 Ni 함량에 따라 변화하며, 일반적으로 11-18% Ni에서 가장 우수한 내식성이 얻어진다고 알려져 있다. 이와 같이 우수한 내식성은 상기의 Ni범위에서 r 단일상 만이 생성되기 때문이며 Zn-Ni 전기 전착 강판의 내식성 향상을 위해 r단일상을 형성시키는 조건의 선정이 중요하며, 이것은 전착층내 Ni 함량 뿐만 아니라 Zn 이온에 대한 Ni 이온의 몰비, pH값, 도금욕 온도, 전류밀도, 전착액의 유동속도 등에도 의존한다. 따라서 원하는 상을 생성시키기 위해 제조 공정상 각각의 변수를 적절하게 조절하는 것이 필요하다. 또한 산성욕 보다 알카리욕에서의 전착이 균일전착성과 내식성 양면에서 우수한 것으로 보고되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 Zn-Ni 합금전착에서 강알칼리욕을 대상으로 하여 전해욕 중의 Zn/Ni 농도에 따라 전착층의 Ni 함량 변화, 그리고 Ni 함량 변화가 내식성에 미치는 영향을 연구하였다. 전착액 중의 Ni/Zn 농도비가 1/3까지는 Ni 농도 증가에 따라 전착층의 Ni 함량은 증가하였으나, 그 이상의 Ni 농도비에서는 Ni 함량은 크게 변화하지 않았다. 그리고 전착층 중의 Ni 함량은 실험한 8A/dm2 까지 전류밀도 변화에 거의 영향을 받지 않았다. 전착효율은 전착액 중의 Zn 농도에 의존하였는데, Zn 농도가 증가할수록 효율도 상승하였다. Zn-Ni 전착층 중의 Ni 함량이 증가할수록 부식전위는 상승하는 경향을 나타내었다. 그리고 Ni 함량이 8.7% 이상인 경우는 3.5% NaCl 수용액에서 부동태 전위를 나타내었다. 그리고 Ni 함량 17% 이상에서는 부식전위가 200mV 이상 급격히 상승하였다. 부식속도는 Zn-Ni 합금전착층의 Ni 함량이 증가할수록 감소하여 약 17%에서 가장 우수한 내식성을 나타내었으며, 그 이상의 함량에서는 다시 부식속도가 증가하는 결과가 얻어졌다.

Ni-Mg-Zn Ferrite의 중성자 회절과 중성자 조사 효과 연구

이상학 崇實大學校 大學院 1999 국내석사

Anodic Aluminum Oxide (AAO) template를 이용한 Ni, fcc Ni/Cu 나노구조체 제작과 분석

이성구 연세대학교 대학원 2006 국내석사

AAO를 이용하여 evaporation 방법으로 Si기판 위에 Ni 나노구조체를 제작하였다. 제작된 Ni 나노구조체는 종횡비(aspect ratio)가 1:1 정도인 원기둥형태를 보인다. 함께 성장시킨 같은 두께의 박막은 수평자화를 보이나 나노구조체의 경우 반자장(demagnetizing field)의 영향으로 인하여 수직방향의 자화를 보였다. 측정된 자기이력곡선(hysteresis loop)은 나노구조체의 자기적 특성이 서로간의 자기적 상호작용(dipole interaction) 보다 주로 나노구조체의 모양에 따라 결정 된다는 것을 보여준다. AAO를 마스크로 사용하여 Si(001)위에 수직자기이방성(PMA)을 갖는 epitaxial fcc Ni/Cu(001) 나노구조체를 제작하고, 자기적 특징과 strain을 측정하였다. tNi=10nm 의 나노구조체의 경우 같은 두께의 Ni박막에 비해 수직방향의 strain이 -1.17%에서 -0.48%로 감소하였다. 이것은 실험한 Ni 두께 범위(tNi=4.5-10nm)에서 strain 이 magnetic anisotropy를 결정하는 주 요인이라는 것을 보여준다. Arrays of magnetic Ni nanostructures have been fabricated on a Si substrate by using a nanoporous alumina film as a mask during the deposition. The nanostructures have a truncated cone shape, and the lateral sizes are comparable to the heights. While a continuous film shows well-defined in-plane magnetization, the nanostructure has a perpendicular component of the magnetization at remanence. The hysteretic behavior of the nanostructures is dominated by the demagnetizing field instead of by interaction among the structures.The magnetic anisotropy of isolated epitaxial Ni/Cu(001) nanostructure on Si(001) has been studied together with structural characterization. The strain of the Ni nanostructure is released such that the perpendicular strain of nanostructure with tNi=10 nm decreases to -0.48% from -1.17% of film with the same thickness. Because of this, strain becomes the main factor in determining magnetic anisotropy of Ni/Cu nanostructure in the investigated Ni thickness range (tNi=4.5-10 nm).

Application of HPAL to the extraction of Ni from FeNi alloy

복진비 포항공과대학교 철강대학원 2021 국내석사

Ni has been used as a principal element especially in steel making process for decades. There are many movements to replace fuel engines with electrical machines, the demand for Ni is expected to increase and the price of it is also expected to rise. To measure up the demand, various resources of Ni are needed. In this study, the materials used were FeNi alloy with unproper size to use in industry. Among typical three processes to extract Ni from its raw materials, the high pressure acid leaching(HPAL) is adopted to get a high purity of Ni which can be used in EV market. In HPAL of FeNi alloy the optimal condition of temperature to be 250 ℃, acidity to be 1.75 mol/l with 14 liquid/solid (w/w) ratio and the addition of hydrogen peroxide to the system showed better selectivity based on [Ni+Co]/[Fe]. Shrinking core model was applied to the results to determine the rate controlling step and to evaluate the activation energy. The activation energy was evaluated based on the model which showed a high R^2 value over 0.95. It was 60.80 kJ/mol for the chemical reaction model of cylinder with k_0value of 3.812×〖10〗^5/s and 69.60 kJ/mol for the chemical reaction model of shrinking sphere with k_0 value of 6.804×〖10〗^6/s.

Ni-Ti계 (Ni35Ti30Zr20Cu15)비결정질합금의 과냉각액체영역에서 정밀표면성형

최윤재 연세대학교 일반대학원 2020 국내석사

Interest in metallic materials is increasing as external materials for IT devices such as Smart phones and laptops. In particular, due to the problems of flexibility and weight as an external material for mobile devices, the manufacture of plastic materials was initially the main trend, but the main production models of each brand (Apple, Samsung, LG, etc.) were replaced with light metal materials to differentiate products and improve emotional design. Currently, the most widely utilized metal material has the applicable advantages of excellent price competitiveness, lightness and emotional color using anodizing with aluminum alloy. However, the disadvantages are very easily deformed to leave a scratch on the drop of them and impact with other objects due to the low strength and elastic deformation of the aluminium alloy. To overcome these shortcomings, users are using separate cases to protect their products, suggesting a fundamental limitation of aluminium alloy. As a result, studies have recently reported that amorphous alloys with structures of non-periodic atomic arrangement, unlike conventional crystalline materials, can be a solution. In particular, recent studies have been conducted on exterior materials where the curvature can be implemented, enabling self-conversion of scratches and local deformation by utilizing Ni-Ti system's innovative amorphous alloy with Ni and Ti as the main elements. In the study of this paper, the surface of the innovative amorphous alloy of Ni-Ti system was considered as a process for emotional colorimetric characteristics through micro surface patterning using viscosity reduction characteristics in Supercooled Liquid Region (SCLR) of amorphous alloys. Using surface-patterning equipment manufactured for this study, the plasticity of the Ni-Ti system amorphous alloy was compared and analyzed for fine patterns in the supercooled liquid area with varying temperature and pressure. This is expected to follow the Hagen-Poiseuille theorem of the viscous flow of laminar flow as presented in the study by Jan Schroers et al, and it was confirmed that the process variables could take into account the effect on precision plastic processing. In addition, compared to the Zr and Pt alloys studied in the past, Ni-Ti systems were found to be capable of precision surface formation, although they do not have good viscosity reduction in the supercooled liquid area section. In addition, to observe the relationship between micro surface patterning of amorphous alloys and thermal stability in the supercooled liquid section, plastic deformation degree was compared through micro surface patterning experiments of Zr alloys with different S-parameter meaning thermal stability was observed. The S-parameter obtained by utilizing characteristic temperature with amorphous alloys reported to have superior non-crystalline formation capability and hence superior thermal stability showed high figures compared to Ni-Ti system. These characteristics confirmed that crystallization of alloys identified after micro surface patterning had a significant effect on plastic deformation. It is deemed that the degree of plastic deformation relative to the thermal characteristics of each alloy can be predicted, even if the reduction of viscosity values is similar in the supercooled liquid section of amorphous alloys. This study is judged to be meaningful as a basic study of thermoplastic precision in the supercooled liquid area section of amorphous alloys later, and it is considered to be an applicable study for optimizing the production process for later. 최근 스마트폰 및 노트북을 중심으로 IT기기용 외장재로 금속재료에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 모바일 기기의 외장재로는 유연성 및 중량에 관한 문제로 초기에는 플라스틱 재료의 제작이 주된 흐름이었지만 제품의 차별화 및 감성적 디자인 향상을 위하여 각 브랜드(애플, 삼성, LG 등)의 주력 생산 모델의 경우 경량 금속재료로 대체되고 있는 실정이다. 현재 가장 널리 활용되는 금속재료는 알루미늄 합금으로 뛰어난 가격경쟁력, 경량성, 애노다이징을 활용한 감성적 색감의 적용 가능한 장점을 가지고 있다. 하지만 단점으로 알루미늄 합금의 낮은 강도와 탄성 변형능에 기인하여 제품의 낙하 및 다른 물체와의 충격에 대하여 매우 쉽게 변형되어 흔적을 남기는 단점이 존재한다. 이러한 단점을 극복하고자 사용자들은 제품의 보호를 위하여 별도의 케이스를 사용하고 있으며 이는 알루미늄 합금의 근본적인 한계점을 시사하는 바이다. 이에 따라 최근 기존의 결정질 재료와 달리 비주기적 원자배열의 구조를 가지는 비결정질 합금이 하나의 해결책이 될 수 있다는 연구가 보고되고 있다. 특히 최근에는 초탄성 특성을 가지는 Ni, Ti를 주 원소로 하는 Ni-Ti계의 혁신적인 비결정질 금속소재를 활용하여 스크래치 및 국부변형에 대한 자가 변환이 가능하며, 곡면형상이 구현 가능한 외장재에 관련한 연구가 진행되고 있다. 본 논문 연구에서는 위에 언급한 Ni-Ti계의 혁신적인 비결정질 금속소재의 표면을 비결정질 합금의 과냉각액체 영역(Super Cooled Liquid Region, SCLR)에서 점도의 감소특징을 활용한 마이크로 단위의 표면성형을 통해 감성적 색감부여를 위한 공정에 관한 고찰을 시도하였다. Ni-Ti계 비결정질 합금을 본 연구를 위해 제작한 표면 패터닝 장비를 이용하여 온도 및 압력 변화에 따른 과냉각 액체영역에서의 미세 패턴에 대한 성형성을 비교 분석하였다. 이는 Jan Schroers et al의 연구에서 제시한 점성유동 중 층류유동(Laminar flow)의 Hagen-Poiseuille 정리를 따를 것으로 예상되며 공정상의 변수를 통해 정밀 소성가공에 미치는 영향을 고려할 수 있음을 확인하였다. 또한 과거 연구된 Zr계, Pt계 합금에 비교하여 Ni-Ti계는 과냉각 액체영역 구간에서 점도 감소가 뛰어나지 않으나 정밀표면성형이 가능함을 확인하였다. 또한 비결정질 합금의 정밀표면성형과 과냉각 액체구간에서 열적 안정성의 상관관계를 관찰하기 위해 열적안정성을 의미하는 S지표가 다른 Zr계 합금의 정밀표면성형 실험을 통한 소성변형정도를 관찰 비교하였다. Zr계 합금은 비결정질 형성능이 우수하며 이에 따른 열적안정성이 뛰어난 특성을 지닌 것으로 보고된 비결정질 합금으로 특성온도를 활용하여 얻어진 S지표는 Ni-Ti계와 비교하여 높은 수치를 보였다. 이러한 특성은 정밀표면성형 이후 확인 된 합금의 결정화가 소성변형에 미치는 영향성이 상당함을 확인하였다. 이는 비결정질 합금의 과냉각 액체구간에서 점도 값의 감소가 유사하더라도 각 합금의 열적특성에 따라 상대적인 소성변형의 정도를 예측할 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구는 추후 비결정질 합금의 과냉각액체영역 구간에서 열가소성 정밀성형에 대한 기초연구로서 의의를 지니며, 차후 성형을 위한 공정과정에 대해 최적화 시키는데 적용 가능한 연구라 판단된다.

Ni-MH 2차전지의 열화기구 및 수명향상 방안 연구

장인수 전남대학교 대학원 2010 국내석사

최근 에너지 자원 고갈 및 환경오염에 대한 관심이 증가하면서, 내연기관과 2차 전지를 함께 사용하여 연비를 크게 향상시킨 하이브리드 자동차(HEV)의 수요가 증가하고 있다. 하이브리드 자동차(HEV)용 Ni-MH 2차 전지는 빠른 초기 활성화, 긴 싸이클 수명 및 고율 충· 방전 특성 등이 요구된다. 특히 싸이클 수명 특성을 향상시키기 위해서는 전극의 열화(퇴화) 현상에 관한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 음극 활물질을 이용한 Ni-MH 2차전지의 열화원인을 규명하고, 음극 활물질의 전처리 및 첨가제(Y2O3, Co nano powder)첨가를 통하여 Ni-MH 2차전지의 싸이클 수명 특성을 향상시키고자 하였다. 전처리는 음극 활물질을 6M KOH + 0.1M NaBH4 용액에 넣고 85℃의 온도에서 1시간동안 실시하였다. 전처리를 실시한 합금을 이용하여 전극을 제조하고 상대전극으로는 백금(Pt), 기준전극으로는 Hg/HgO, 전해질로는 6M의 KOH용액을 사용하여 상온(25℃) 및 고온(50℃)에서 전극의 싸이클 수명 특성 평가를 수행하였으며, 첨가제 첨가의 효과에 관한 실험은 첨가제(Y2O3, Co nano powder)를 각각의 비율로 첨가하여 전극을 제조한 후 고온(50℃)에서의 싸이클 수명 특성 평가를 실시하였다. 전극 표면의 퇴화를 관찰하기 위해서 SEM분석을 실시하였으며, 전극의 표면생성물(산화물) 및 산화 정도를 관찰하기 위해 XPS, CV 및 EIS 분석을 실시하였다. 실험결과 전극의 표면에 산화막 형성 및 가스 발생 등으로 인하여 상온 및 고온에서 충·방전이 반복됨에 따라 전극의 퇴화가 나타나는 것을 확인하였다. 전극 표면의 퇴화 및 산화 정도를 관찰한 결과 충·방전 전류가 증가 할수록 전극의 퇴화가 심화되고, Rct(charge transfer resistance)값이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 고온에서 전처리를 행한 합금이 전처리를 행하지 않은 합금보다 향상된 싸이클 수명 특성을 나타내었고, 전처리를 실시한 합금에 첨가제를 첨가한 전극이 전처리를 실시하지 않은 합급에 첨가제를 첨가한 전극보다 우수한 방전용량 특성을 나타내었다. 이는 전극 표면에 니켈과 코발트 성분이 증가하여 촉매적 특성을 향상시키는 전처리 효과와 첨가제인 코발트 성분이 표면에 증가하여 표면 촉매 활동도를 향상시키고 부식 저항성이 우수한 Y2O3 첨가제가 합금의 산화 및 전해질 내로의 용출을 방지한 효과라 할 수 있다.

Characterization of Interfacial reactions in metal-semiconductor contacts using AEM

이재욱 성균관대학교 일반대학원 2012 국내박사

지난 數十 年 間 半導體 電子 素子는 技術的인 面과 그 應用 分野에 있어서 큰 發展을 이룩하였다. 最近 半導體 素子는 컴퓨터나 데이터 低張 媒體, 通信, 에너지, 照明, 醫療 器機, 로봇 等 應用 分野가 매우 廣範圍해지고, 그 需要 또한 急增하고 있다. 이러한 半導體 素子 分野에서 실리콘(Si)은 지금까지도 가장 널리 쓰이는 材料이지만, Si 基盤의 CMOS 分野에서는 向後 進行될 scale down에 있어서 많은 問題點이 나타나고 있다. 게르마늄(Ge)은 Si에 비해 電子와 正孔의 移動度가 各各 2倍, 4倍 以上 빠르기 때문에 Si을 代替할 수 있는 材料로써 많은 硏究가 進行되고 있다. Ge 基盤의 電子 素子 工程에서 소자의 信賴性과 安定性은 매우 重要하다. 尖端 電子 素子는 熱處理 工程이나 化學 處理 工程 等의 多樣한 處理 工程을 거치게 되고, 이러한 處理 工程이나 作動 中에 本然의 構造가 變形되어 特性이 低下될 수 있다. 또한 하나의 素子가 여러 材料들로 構成되어 있기 때문에 서로 다른 材料의 界面 部分이 특히 脆弱할 수 있다. 특히 金屬-半導體 界面은 化學 反應을 일으킬 수 있기 때문에 變形에 매우 敏感한 部分 中 하나이다. 따라서 電子 素子 內의 界面 反應에 關한 硏究가 매우 重要하며, 많은 硏究 그룹에서 이러한 界面 反應에 關한 硏究 結果들을 報告하고 있다. 그러나 素子의 크기가 작아짐에 따라, 普遍的으로 使用하는 旣存의 分析 裝備(例를 들면 走査電子顯微鏡, Rutherford backscattering spectrometry, Auger electron spectroscopy 等)만으로는 界面 反應을 明確히 糾明하는 데 限界가 있다. 따라서 本 論文에서는 高 空間分解能의 分析透過電子顯微鏡을 利用하여 니켈(Ni)-Ge 接觸의 界面 反應 및 Ni-Ge 間의 化合物인 저머나이드(germanide)의 形成 課程을 觀察하였다. 또한 動的인 技法(in situ TEM)을 利用하여 溫度/時間에 따른 反應의 動的인 擧動을 硏究하였다. 이렇게 形成된 Ni germanide는 Ge MOSFET의 소오스(source)/드레인(drain) 領域에 適用하여 接觸 抵抗을 낮출 수 있다. 그러나 Ni germanide는 熱的 安定性이 脆弱한 短點이 있기 때문에, 이를 補完하기 위하여 탄탈륨(Ta)과 지르코늄(Zr)을 利用하여 合金 또는 間層(interlayer)을 形成한 後 Ni germanide를 形成하였고, 熱的 安定性이 向上되는 效果를 얻을 수 있었다. 이렇게 Ni-Ge에 Ta 및 Zr을 添加한 構造에서 界面 反應 및 形成 課程의 動的인 擧動을 觀察하였고, 反應力學的인 差異를 比較하였다.