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탄소섬유 및 고체전해질을 이용한 구조전지의 전기적 특성과 활용가능성 = Electrical characteristics and applicability of structure-batteries using carbon fabric and solid electrolyte
서명 / 저자 탄소섬유 및 고체전해질을 이용한 구조전지의 전기적 특성과 활용가능성 = Electrical characteristics and applicability of structure-batteries using carbon fabric and solid electrolyte / 박미영.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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The present study aims to the possibility of composite battery fabricated with carbon fabric and solid elec-trolyte. The solid polymer electrolyte and the separator were tested as functionality of battery cell. The ionic conductivity was measured at 2.02 x 10-4Scm-1 as approaching the commercial polymer electrolyte and the load-carrying capability of the separator presented at 0.04 ~ 0.1kgf/cm2. The cells fabricated with these materials were experienced in trial and error. Successful fabrication was presented in Type 7 battery cells which were finally fabricated in this study. The battery cells fabricated with the commercial polyethylene separator were presented the characteristics of perfect cycle life in the 10 times cycle life of charging and discharging of the cell but the GWF-separator was failed to be shown this characteristics. In this experiment, if the battery cell fabricated with GWF-separator is optimized and no more shutdown in further, it is possible to achieve the structure-batteries for the higher structural functionality as well as the lower resistance through the cycle life comparing to use the commercial polyethylene separator to the battery cell. In this study, the behavior as the battery was observed and characterized as shown in the 10 times cycle life of charging and discharging of the cell. The battery cell fabricated with solid polymer electrolyte shows low ohmic increase during repeated charging and discharging in cycle life. This means that the increase of the interfacial resistance existing the cell inside is reasonably low. Therefore, it can be improved the structural stability in the interfacial area between the electrode and the electrolyte and so that is the possibility of the structure-batteries. The further study needs to optimize the structural battery cell for achieving the higher possibility of the functionality of this structure-batteries. In addition, the electrochemical approach is required for analyzing the electrical characteristics of the battery cell.

전지가 대형화됨에 따라 단위 중량당 에너지 밀도를 높이기 위해서 전지가 하중 저항성을 갖도록 하여 시스템 레벨의 중량을 절감할 수 있다. 이를 위해서는 전지가 전기적 특성과 함께 구조적 특성을 가져야 하고, 이러한 특성을 갖는 전지를 구조전지로 해서 탄소섬유 전극과 함께 고체전해질을 사용하였다. 따라서 본 연구는 탄소섬유 전극과 고체전해질을 사용한 복합재료 전지의 가능성에 대한 연구이다. 전지의 가능성 연구 방법으로, 사용된 고체전해질과 분리막의 특성실험을 통해 전해질의 이온전도도는2.02 x 10-4Scm-1으로 우수한 전도도를 가지는 재료임을 확인하였고, 분리막의 하중 저항성은0.04 ~ 0.1kgf/cm2임을 확인하였다. 이를 바탕으로 여러 가지 타입의 전지를 제작하여 충, 방전 실험을 통한 제작된 전지 셀의 전기적 특성을 고찰하였다. 많은 제작상의 시행착오를 통해서 도출된 Type 7 전지 셀의 경우, 지속된 전지의 단락문제를 해결한 셀에서 전지의 특성을 나타내는 충, 방전 거동을 관찰하였다. Type 7 전지 셀 실험에서, 상용 고분자 분리막을 사용해서 제작된 셀의 저항은 초기상태에서40kΩ이었고, 방전상태에서 약 55kΩ이며, 충전이 완료된 후엔 수kΩ수준의 특성을 보였다. 반면, GWF를 분리막으로 사용한 셀의 저항은 초기상태에서1~2kΩ이었고, 방전상태에서 약 4~5kΩ이며, 충전이 완료된 후엔 수십 ~ 수백Ω 수준의 특성을 보였다. 상용 고분자 분리막을 사용한 전지 셀은 10회의 사이클 실험에서 완벽한 재현성을 나타내었고, GWF를 사용한 전지 셀은 재현성을 확보하지 못하였다. 그러나 이 실험에서, 향후 GWF를 분리막으로 사용한 전지 셀을 최적화하고 단락 문제를 해결한다면 상용고분자 분리막에 비해서 우수한 구조적 특성을 가지면서 반복된 사이클에서 낮은 저항을 유지하는 구조전지가 가능할 것으로 예상된다. 이 연구를 통하여, 고체전해질을 사용해서 제작된 전지 셀의 10회의 충,방전 사이클 반복을 통해서 전지의 충, 방전 거동을 나타냄을 확인하였고, 고체전해질을 사용해서 제작된 전지 셀은 반복된 사이클에서 전지 저항의 증가도가 낮음을 확인하였다. 이는 전지 내부에 존재하는 계면저항의 증가가 낮음을 의미한다. 따라서 전극과 전해질 계면의 구조안정성을 높일 수 있다는 사실과 구조전지의 가능성을 보여준다. 향후의 연구는 이러한 구조전지의 가능성을 증대하기 위해서 고체전해질을 사용한 전지 셀의 구조 최적화가 필요하다. 또한, 셀의 전기적 특성을 분석하기 위한 방법으로 충, 방전 실험 외에 전기화학적 분석 방법으로 전기적 특성에 대한 보완 연구가 필요하다.

서지기타정보

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청구기호 {MAE 12018
형태사항 vii, 60 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Mi-Young Park
지도교수의 한글표기 : 김천곤
지도교수의 영문표기 : Chun-Gon Kim
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 59-60
주제 구조전지
고체고분자전해질
카본섬유
유리섬유 분리막
전지 셀
structure-batteries
solid polymer electrolyte
carbon fiber
GWF-separator
battery cell
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