리튬 함량 및 단위 셀 압력이 열전지용 리튬 음극의 방전 성능에 미치는 영향

임채남,안태영,유혜련,하상현,여재성,조장현,윤현기 한국전기전자재료학회 2019 전기전자재료학회논문지 Vol.32 No.2

Lithium anodes (13, 15, 17, and 20 wt% Li) were fabricated by mixing molten lithium and iron powder, whichwas used as a binder to hold the molten lithium, at about 500℃ (discharge temp.). In this study, the effect of appliedpressure and lithium content on the discharge properties of a thermal battery’s single cell was investigated. A single cellusing a Li anode with a lithium content of less than 15 wt% presented reliable performance without any abrupt voltagedrop resulting from molten lithium leakage under an applied pressure of less than 6 kgf/cm2. Furthermore, it wasconfirmed that even when the solid electrolyte is thinner, the Li anode of the single cell normally discharges wellwithout a deterioration in performance. The Li anode of the single cell presented a significantly improved open-circuitvoltage of 2.06 V, compared to that of a Li-Si anode (1.93 V). The cut-off voltage and specific capacity were 1.83 Vand 1,380 As g-1 (Li anode), and 1.72 V and 1,364 As g-1 (Li-Si anode). Additionally, the Li anode exhibited a stableand flat discharge curve until 1.83 V because of the absence of phase change phenomena of Li metal and a subsequentrapid voltage drop below 1.83 V due to the complete depletion of Li at the end state of discharge. On the other hand,the voltage of the Li-Si anode cell decreased in steps, 1.93 V → 1.72 V (Li13Si4 → Li7Si3) → 1.65 V (Li7Si3→ Li12Si7),according to the Li-Si phase changes during the discharge reaction. The energy density of the Li anode cell was 807.1Wh l-1, which was about 50% higher than that of the Li-Si cell (522.2 Wh l-1). 본 연구에서는 순수리튬(20, 17, 15, 13 wt.%)과 철 분말을 혼합하여 직경 90mm 리튬음극을 제작하고, 리튬함량 및 단위전지 방전 중 인가되는 압력이 리튬음극의 전기화학적 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 리튬 함량 15 wt.% 이하의 리튬음극을 적용한 단위전지의 400 kgf(6 kgf/㎠) 이하의 방전시험 결과에서 개회로전압 및 작동 중 안정적인 전압을 보이며 정상적으로 방전됨을 확인하였다. 전해질 두께에 따른 13 wt.% 리튬음극의 방전성능 결과 전해질의 두께가 감소되어도 리튬 누액으로 인한 전극의 단락 및 단위전지 성능 저하가 없음을 확인하였다. 리튬음극을 사용한 단위전지의 개회로전압이 2.07 V로 Li-Si 음극의 1.93 V에 비해 약 0.1 V 이상 높게 나타났다. cut-off 구간에서 0.46㎜ 리튬음극의 전압은 1.83 V, 비용량은 1,380 Asㆍg-1이며, 1.30㎜ Li-Si 음극의 전압은 1.72 V, 비용량은 1,364 Asㆍg-1로 나타남을 확인하였다. 리튬음극은 cut-off 구간인 1.83 V까지 전압이 서서히 감소하다가 리튬이 손실되는 구간까지 안정적인 전압특성을 나타내었고, 반면에 Li-Si 음극을 적용한 단위전지는 방전 중에 Li(Si) 상변화에 따라서 1.93V → 1.72 V(Li13Si4→ Li7Si3) → 1.65 V(Li7Si3→ Li12Si7)로 전압이 하락하였다. 리튬음극을 적용한 단위전지의 에너지밀도는 807.1 Wh l-1로 Li-Si 음극의 522.2 Wh l-1에 비해 약 50% 이상 성능이 향상됨을 확인하였다.

열전지용 고에너지 밀도 리튬 음극 제조 및 이의 전기화학적 특성

임채남,유혜련,윤현기,조장현 한국전기전자재료학회 2022 전기전자재료학회논문지 Vol.35 No.4

In order to increase the electrochemical performance of thermal battery anode, LIFT anode having the same weight but a larger lithium content in electrodes was fabricated by mixing lithium, iron and titanium. By applying these electrodes, a single cell and a thermal battery were prepared, and the effect of LIFT anode on electrochemical performance was evaluated. The LIFT-applied single cell presented a better cell performance than LIFe-applied single cell at 500℃ and 550℃. The discharge performance of LIFT-applied single cell, which included the operating time (787s), specific capacity (1,683 Asg-1), and electrode utilization (80.7%), was improved collectively compared to the LIFe applied single cell (736s, 1,245 As g-1, and 74.6%) at 500℃. As the discharge progressed, the internal resistance of LIFT anode decreased, because the lithium migration path was formed due to the presence of large titanium particles among iron particles. These results were analyzed in terms of the microstructure of electrode using SEM. Energy density of LIFT-applied single cell also increased by 10% to 142.1 Wh kg-1 compared to that of LIFe-applied single cell (127.4 Wh kg-1). In addition, the LIFT-applied single cell presented a stable discharge performance for 6,500s without a short circuit which could occur by molten lithium under an open circuit voltage condition with a high pressure (4 kgf cm-2). As observed in the high temperature thermal battery performance tests, the voltage and specific capacity of LIFTapplied thermal battery are superior to those of LIFe-applied thermal batteries, indicating that the energy density of LIFT-applied thermal batteries should remarkably increase.

제 50 차 대한내과학회 추계학술대회 초록집 : H. pylori 감염의 진단을 위한 PyloriTek 검사의 유용성

임채남,김나영,최욱렬,원경헌,이상희,이계희 대한내과학회 1998 대한내과학회 추계학술대회 Vol.55 No.-

열전지용 FeS2 박막전극의 전기화학적 특성

임채남 한국전기전자재료학회 2017 전기전자재료학회논문지 Vol.30 No.5

Powder compaction technology is widely used to prepare thermal battery components. This method,however, is limited by the size, thickness, and geometry of the battery components. This limitation leads toexcessive cell capacity, overweight, and higher cost of the pellets, which decreases the specific capacities and delaysthe activation time of thermal batteries. FeS2 thin-film cathodes were fabricated by tape-casting technology andanalyzed by SEM and EDS in this paper. The residual organic binder of the FeS2 thin-film cathodes decreased withthe temperature of the heat treatment, which improved the specific capacity because of the lower resistance. Specificcapacities of the FeS2 thin-film cathodes decreased because of the higher residual binder and the restrictive reactionof active materials with molten salts as the thickness increased. FeS2 thin-film cathodes showed much higher specificcapacity (1,212.2 As/g) than pellet cathodes (860.7 As/g) at the optimal heat-treatment temperature (230℃). 황화철(FeS2)은 높은 비에너지밀도, 무독성, 저비용 등으로 인하여 열전지용 양극 재료로 사용되고 있다. 열전지 부품을 제조하기 위해서 분말 성형 기술이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 전극의 크기(> 150 mm) 및 두께(< 0.25 mm) 등의 요구조건들을 충족시키는데 한계가 있다. 따라서, 전지의 용량을 감소시킬뿐만 아니라 비용이 상승되고, 열전지의 활성화 시간을 지연시키게 된다. 본 연구에서는 유기바인더를 사용하여 테이프캐스팅 방법으로 열전지용 FeS2 박막양극을 제작하여 미세조직을 관찰하고, 전기화학적 특성을 분석하였다. 제작된 FeS2 박막양극에 존재하는 유기바인더는 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 결과적으로 내부저항이 감소됨으로써 전기화학적 성능이 향상되었다. 또한, FeS2 박막양극의 두께가 두꺼워질수록 잔류바인더 양이 많아지게 되고, 용융염과 활물질의 반응이 제한될 수 있기 때문에 전극의 비용량이 감소하는 경향을 보였다. 기계적 강도를 고려한 최적 열처리 온도(230oC)에서 FeS2 박막양극의 비용량(1,212 As/g)은 기존의 필렛형 양극(860.7 As/g) 보다 훨씬 높은 값을 나타내었다.

건강한 교회 성장에 관한 실천적인 고찰 : 교회의 기능을 중심으로

임채남 한국복음주의실천신학회 2014 복음과 실천신학 Vol.31 No.-

세상의 영향을 받아 교회에도 세속화와 물질만능 주의가 확산된 지 오래다. 이러한 교회의 아픈 현실은 교회 성장과 건강의 본질적인 의미마저 희미하게 만들었다. 이에, 본 논문은 교회의 기능을 중심으로 건강한 교회 성장에 관한 실천적인 고찰을 통해, 교회의 성장과 건강의 수량적 측정에 의한 교회의 본질적 의미의 훼손을 방어하고, 동시에 교회의 양질의 균형 있고 건강한 성장에 대한 작은 대안을 제시하고자 고안되었다. 우선, 건강한 교회 성장의 바른 이해를 돕고자 그 정의가 제시된다. 이러한 정의는 교회 성장의 본래적 의미와 건강한 교회의 정의의 융합이 시도되고 있다. 다음으로, 건강한 교회 성장의 역사적 배경이 나열되고 있다. 그 첫 번째로 교회 성장에서 교회 건강으로의 변천 과정이 제공된다. 그런 다음, 교회 성장과 건강으로 부터 오늘 날 유행처럼 번져 가고 있는 하나님 나라 중심의 교회와 선교적 교회에 이르기까지 건강한 교회 성장의 현대 적인 동향이 보여 진다. 끝으로, 본 논문의 중심 내용으로써, 건강한 교회 성장의 실제적 고찰이 기술된다. 이 부분에서는 건강한 교회 의 기능적인 특징들에는 어떤 것들이 있으며, 교회에서 그 기능들의 실천적 역할들에 대한 연구가 이루어진다 . 이 기능들에는 역동적인 예배, 예수 닮는 제자도, 모본을 보이는 지도력, 생명력 넘치는 소그룹, 그리고 사랑 을 실천하는 복음 전도가 포함된다. 본 연구가 건강한 교회 성장에 관한 바른 이해와 오늘날 정체와 침체를 겪 고 있는 오늘날의 교회 현장에 작게나마 도움이 되기를 소원해 본다. Under the bad influence of the worldly customs, the church has long been in secularization and the spread of materialism. This painful reality of the church made essential meaning of church growth and health even faded. This article was designed to present actual alternatives for the church to be healthy growth in a balance of quantity and quality, focusing on the functions of a healthy, growing church on the practical consideration. First of all, the definition of healthy church growth is presented for its correct understanding. For the presentation of this definition, fusion between the original meaning of church growth and the definition of a healthy church is attempted. Next, historical backgrounds of healthy church growth is provided with the change process from church growth to church health. Then, the church's modern trend of healthy church growth is shown from church growth and health to kingdom focused church to missional church, which has been emerged as a famous trend today. Finally, practical considerations are discussed as the primary contents of this study. This section deals with the functional characteristics of a healthy church. In addition, what are practical roles of that features in the church is researched. The features includes dynamic worship service, Christlike discipleship, modeled leadership, small group full of vitality, and evangelism with the practice of love. This researcher expects that the study help proper understanding of the healthy church growth and contribute to revitalize the church in stagnation and recession spiritually and even physically today.

용융염 코팅이 열지에 미치는 영향

임채남,이정민,강승호,정해원,Im, Chae-Nam,Lee, Jungmin,Kang, Seung-Ho,Cheong, Hae-Won 한국전기전자재료학회 2014 전기전자재료학회논문지 Vol.27 No.8

Thermal batteries are primary reserve batteries that use inorganic salt as electrolytes which are inactive at room temperature. The two principal heat sources that have been used in thermal batteries are heat paper and heat pellets. As soon as the heat paper, which is ignited by the initiator, in turn ignites the heat pellets, all the solid electrolytes are melted into excellent ionic conductors. However, the high combustion temperature by heat papers in thermal batteries causes thermal decomposition at the cathode, eventually leading to a thermal runaway. In this paper, we have attempted to prepare $Zr/BaCrO_4$ heat papers coated with KCl molten salt. We have also investigated the effect of a molten salt coating on the heat papers through the thermal characteristics such as calorimetric value, combustion temperature and burning rate. The calorimetric value and combustion temperature of heat papers were reduced with an increase in the molten salt coating. As a result, the molten salt coating on heat papers greatly reduced risk of a thermal runaway and improved the stability of thermal batteries.

열전지용 리튬음극의 전기화학적 특성

임채남,윤현기,안태영,여재성,하상현,유혜련,백승수,조장현 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.6

최근 열전지는 우주 및 국방분야에서 활용하기 위하여 고출력 및 고에너지 밀도의 새로운 전극재료가 요구되는 실정이다. 본 논문에서는 성형성과 용량의 한계를 가지는 펠릿 타입의 리튬-실리콘 합금(Li(Si)) 음극을 대체하기 위하여고밀도를 가지는 리튬음극을 제조하고, 단위전지 및 열전지의 전기화학적 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 리튬음극은 500 ℃에서 안정적인 작동을 위하여 철 분말을 바인더로 사용하였고 리튬 중량별(17, 15, 13 wt%) 단위전지 성능평가를 통해 리튬 13 wt%에서 안정적인 성능을 확인하였다. 또한 리튬음극을 사용한 단위전지의 개회로전압이 2.06 V로 Li(Si) 음극 개회로전압 1.93 V에 비해 약 0.1 V 이상 높게 나타났고, first phase에서 리튬음극의 비용량은 1,632 As⋅g-1로 Li(Si) 음극의 비용량 1,181 As⋅g-1에 비해 약 1.4배 정도 성능이 향상됨을 확인하였다. 리튬음극을 적용한열전지를 상온 및 고온 성능시험 결과를 통하여 Li(Si) 음극 열전지에 비해 전압 및 작동시간 등이 탁월하며, 출력특성및 에너지밀도가 획기적으로 향상됨을 확인하였다.

조성비에 따른 Zr/BaCrO₄ 열지의 열적 특성

임채남,이정민,박병준,강승호,정해원,Im, Chae-Nam,Lee, Jung-Min,Park, Byeong-June,Kang, Seung-Ho,Cheong, Hae-Won 한국전기전자재료학회 2016 전기전자재료학회논문지 Vol.29 No.10

Thermal batteries use inorganic salt as electrolyte, which is inactive at room temperature. As soon as heat pellets are fired by an igniter, all the solid electrolytes are instantly melted into excellent ionic conductors. However, the abnormal heat generation by the igniter flame or heat pellets causes the thermal decomposition of the electrode and the melting of the anode, eventually leading to a thermal runaway, which results in overheating or explosion. The thermal runaway can be significantly reduced by the adoption of $Zr/BaCrO_4$ heat papers. In this study, the heat papers with various ratios of fuel (Zr) and oxidizer ($BaCrO_4$) were prepared by the paper-making process. We have investigated the calorimetric value, burning rate, and ignition sensitivity. The ignition test of heat pellets and the discharge test of thermal batteries were also carried out. At the composition of 40 wt.% of Zr, the heat papers showed the highest specific calorimetric value and burning rate. As a result, $Zr/BaCrO_4$ heat paper made by the paper-making process has shown the applicability for thermal batteries.

조성비에 따른 Zr/BaCrO4 열지의 열적 특성

임채남,이정민,박병준,강승호,정해원 한국전기전자재료학회 2016 전기전자재료학회논문지 Vol.29 No.10

Thermal batteries use inorganic salt as electrolyte, which is inactive at room temperature. As soon as heatpellets are fired by an igniter, all the solid electrolytes are instantly melted into excellent ionic conductors. However,the abnormal heat generation by the igniter flame or heat pellets causes the thermal decomposition of the electrodeand the melting of the anode, eventually leading to a thermal runaway, which results in overheating or explosion. The thermal runaway can be significantly reduced by the adoption of Zr/BaCrO4 heat papers. In this study, the heatpapers with various ratios of fuel (Zr) and oxidizer (BaCrO4) were prepared by the paper-making process. We haveinvestigated the calorimetric value, burning rate, and ignition sensitivity. The ignition test of heat pellets and thedischarge test of thermal batteries were also carried out. At the composition of 40 wt.% of Zr, the heat papersshowed the highest specific calorimetric value and burning rate. As a result, Zr/BaCrO4 heat paper made by thepaper-making process has shown the applicability for thermal batteries. 열전지는 상온에서 비활성인 무기염 전해질을 사용한다. 착화기에 의해 열원이 점화되면, 열에 의해 모든 고체전해질을 용융시켜 전지로서 작동하게 된다. 그러나 열전지 작동초기에 착화기 불꽃 또는 열원에 의해 발생되는 과도한 열은 양극의 분해 및 음극의 용융을 초래하고, 심 할 경우 열폭주 현상을 유발할 수 있다. 열전지 내부 열원의 동시점화 및 착화 신뢰성을 향상시키기 위하여 Zr/BaCrO4 열지를 적용하여 사용하고 있다. 본 연구에서는, Zr/BaCrO4 균질성 확보를 위해 초지공적을 적용하여 연료(Zr)와 산화제(BaCrO4)의 조성비에 따른 열지를 제조하였다. 열지의 발열량, 연소속도, 점화감도시험 및 열원점화시험 을 통하여 열지의 열적특성을 조사하였다. 또한 일반적으로 사용되고 있는 조성의 열지를 선정하여 열전지에 적용 후 열전지 방전시험을 수행하였다. 화학양론적 조성에 해당하는 Zr 40 wt.%에서 가장 높은 열량과 연소속도를 나타내었으며, 열원점화시험 결과 모든 열원을 점화시켰다. 열전지 방전시험결과 정상적으로 전지가 작동되는 것을 볼 때, 초지공정을 적용한 Zr/BaCrO4 열지는 열전지 적용가능성을 보였다.

열전지용 FeS₂ 박막전극의 전기화학적 특성

임채남,Im, Chae-Nam 한국전기전자재료학회 2017 전기전자재료학회논문지 Vol.30 No.5

Powder compaction technology is widely used to prepare thermal battery components. This method, however, is limited by the size, thickness, and geometry of the battery components. This limitation leads to excessive cell capacity, overweight, and higher cost of the pellets, which decreases the specific capacities and delays the activation time of thermal batteries. $FeS_2$ thin-film cathodes were fabricated by tape-casting technology and analyzed by SEM and EDS in this paper. The residual organic binder of the $FeS_2$ thin-film cathodes decreased with the temperature of the heat treatment, which improved the specific capacity because of the lower resistance. Specific capacities of the $FeS_2$ thin-film cathodes decreased because of the higher residual binder and the restrictive reaction of active materials with molten salts as the thickness increased. $FeS_2$ thin-film cathodes showed much higher specific capacity (1,212.2 As/g) than pellet cathodes (860.7 As/g) at the optimal heat-treatment temperature ($230^{\circ}C$).