Total dissolved solids (TDS) 제거에 이용되는 이온교환수지는 컬럼에 충진시켜 사용하게 되는데, 이온교환 과정 에서 이온성 물질과 이온교환수지의 충분한 접촉시간을 필요로 한다. 본 연구에서는 이온교환수지의 분체화를 통하여 짧은 접촉시간으로도 높은 TDS 제거 성능을 보이는 이온교환수지의 특성을 연구하였다. 흐름성 등을 고려한 분체의 최적 크기는 100 μm 이상임을 확인하였고, 250~500 μmd와 100~250 μm 크기의 최대 분쇄 수율은 각각 67.3%와 36.9%였다. 또한 100~500 μm 크기의 분쇄 수율은 분쇄 시간 2분에서 87.1%로 나타났다. 회분식(batch) 실험 조건에서 250~500 μm 크기의 분체가 95%와 99%의 제거율에 도달하는 시간은 분쇄 전(non-pulverized) 이온교환수지에 비해 각각 1.82배와 1.96배 더 빨랐 다. 100~250 μm 크기의 분체는 각각 15.9배와 6.18배 더 빨랐다. 컬럼 테스트의 경우 분쇄 전 이온교환수지는 총 1.74 g, 250~500 μm 크기의 분체는 1.83 g, 100~250 μm 크기의 분체는 1.63 g의 NaCl을 제거하였다. 분체의 크기가 작아질수록 용 량(capacity)이 약간 감소한 것으로 나타났다. 결과적으로 분체화된 이온교환수지를 사용하는 것이 접촉시간 대비 높은 TDS 제거 성능을 얻을 수 있는 방법임을 확인하였다.

During the dismantling of nuclear facilities, a large quantity of radioactive concrete is generated and chelating agents are required for the decontamination process. However, disposing of environmentally persistent chelated wastes without eliminating the chelating agents might increase the rate of radionuclide migration. This paper reports a rapid and straightforward ion chromatography method for the quantification of citric acid (CA), a commonly used chelating agent. The findings demonstrate acceptable recovery yields, linearities, and reproducibilities of the simulated samples, confirming the validity of the proposed method. The selectivity of the proposed method was confirmed by effectively separating CA from gluconic acid, a common constituent in concretes. The limits of detection and quantification of the method were 0.679 and 2.059 mg·L−1, respectively, while the recovery yield, indicative of the consistency between theoretical and experimental concentrations, was 85%. The method was also employed for the quantification of CA in a real concrete sample. These results highlight the potential of this approach for CA detection in radioactive concrete waste, as well as in other types of nuclear wastes.

최근 전기차 및 전력저장 시스템과 같은 대형 전지 시장의 성장으로 인해 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 급증하 고 있다. 이에 따라 폐전지의 발생이 빠르게 증가할 것 으로 예상되며, 이에 대한 처리가 사회적 문제가 될 것 으로 예상된다. 폐전지 처리의 가장 효과적인 방법은 폐전지의 소재를 재활용하는 방법이다. 이 중 고가의 금속 물질로서, 재활용 시 경제성이 가장 높은 양극 소재 재활용 연구가 가장 활발히 이뤄지고 있다. 하지만 폐전지로부터 회수된 블 랙 파우더에는 도전재 및 바인더가 포함되어 있는데 양극 소재를 재활용하기 위해서는 이를 제거하는 공정이 필요하 다. 본 연구에서는 폐전지에서 추출된 폐양극 소재의 재활용을 위한 소재 전처리 연구를 제시한다. 열처리 및 화학 처리의 두 가지 전처리 공정을 사용하여 불순물을 제거하였고, 이에 따른 제거 정도를 SEM 분석을 통해 확인하였고, 불순물의 정량 분석을 TGA, EA 분석을 통해 확인하였으며, 전기화학 성능을 분석하였다.

역전기투석(reverse electrodialysis, RED)은 해수와 담수의 농도 차로부터 에너지를 얻는 이온교환막을 이용한 전 기막 공정이다. 해수와 담수에 포함된 다가 이온은 이온교환막의 고정 전하 그룹에 강하게 결합하여 높은 저항을 유발하며 uphill transport를 통해 개방회로 전압과 전력 밀도를 저하시킬 수 있다. 본 연구에서는 RED 응용을 위해 1가 이온 선택성 및 전기화학적 특성이 우수한 세공충진 음이온교환막(pore-filled anion-exchange membrane, PFAEM)을 제조하였다. 제조된 막의 1가 이온 선택성은 3.65였으며 동일 조건에서 1.27의 선택성을 갖는 상용막(ASE, Astom Corp.)보다 우수한 수준을 나 타내었다. 또한 제조된 막은 ASE 대비 낮은 전기적 저항 등 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 0.459 M NaCl/0.0510 M Na2SO4의 해수와 0.0153 M NaCl/0.0017 M Na2SO4의 담수 조건에서 RED 성능을 평가한 결과 제조된 막을 적용하여 1.80 W/m2의 최대 전력 밀도를 얻었으며 이는 ASE 막 대비 40.6% 향상된 출력 성능이었다.

The complexation of silicon with carbon materials is considered an effective method for using silicon as an anode material for lithium-ion batteries. In the present study, carbon frameworks with a 3D porous structure were fabricated using metal–organic frameworks (MOFs), which have been drawing significant attention as a promising material in a wide range of applications. Subsequently, the fabricated carbon frameworks were subjected to CVD to obtain silicon-carbon complexes. These siliconcarbon complexes with a 3D porous structure exhibited excellent rate capability because they provided sufficient paths for Li-ion diffusion while facilitating contact with the electrolyte. In addition, unoccupied space within the silicon complex, combined with the stable structure of the carbon framework, allowed the volume expansion of silicon and the resultant stress to be more effectively accommodated, thereby reducing electrode expansion. The major findings of the present study demonstrate the applicability of MOF-based carbon frameworks as a material for silicon complex anodes.

Pharmaceutical products occurring in freshwater bodies create numerous problems for the water bodies owing to their bio-toxic nature. In order to remove such pharmaceutical pollutants, a novel Er-doped Bi4O5Br2/ g-C3N5 nanocomposite was prepared by one-pot synthesis and applied for the photocatalytic removal process. The Er ions doped on the surface of Bi4O5Br2/ g-C3N5 nanocomposite exhibited 97% degradation of tetracycline in 60 min under visible light irradiation, which is higher than pure g-C3N5 and Bi4O5Br2 photocatalysts. The improved photocatalytic properties are attributed to the outstanding visible light harvesting capacity and quick charge carrier separation efficiency which greatly reduced the recombination rate in the heterojunctions. Based on radical trapping experiments, the •O2 −, h+ and •OH radicals played a prominent role in the photodegradation reactions under visible light. Finally, the ternary Er-doped Bi4O5Br2/ g-C3N5 nanocomposite is effectively recyclable with quite a stable photocatalytic removal rate. This work enables a new perspective on the rational design of rare-earth-based nanocomposites for various pharmaceutical pollutants treatment processes.

A carbon matrix for high-capacity Li/Na/K-alloy-based anode materials is required because it can effectively accommodate the variation in the volume of Li/Na/K-alloy-based anode materials during cycling. Herein, a nanostructured porous polyhedral carbon (PPC) was synthesized via a simple two-step method consisting of carbonization and selective acid etching, and their electrochemical Li/Na/K-ion storage performance was investigated. The highly uniform PPC, with an average particle size of 800 nm, possesses a porous structure and large specific surface area of 258.82 cm2 g– 1. As anodes for Li/Na/K-ion batteries (LIBs/NIBs/KIBs), the PPC matrix exhibited large initial reversible capacity, fast rate capability (LIB: ~ 320 mAh g– 1 at 3C; NIB: ~ 140 mAh g– 1 at 2C; KIB: ~ 110 mAh g– 1 at 2C), better cyclic performance (LIB: ~ 550 mAh g– 1; NIB: ~ 210 mAh g– 1; KIB: ~ 190 mAh g– 1 at 0.2C over 100 cycles), high ionic diffusivity, and excellent structural robustness upon cycling, which demonstrates that the PPC matrix can be highly used as a carbon matrix for high-capacity alloy-based anode materials for LIBs/NIBs/KIBs.

The lithium ion battery has applied to various fields of energy storage systems such as electric vehicle and potable electronic devices in terms of high energy density and long-life cycle. Despite of various research on the electrode and electrolyte materials, there is a lack of research for investigating of the binding materials to replace polymer based binder. In this study, we have investigated petroleum pitch/polymer composite with various ratios between petroleum pitch and polymer in order to optimize the electrochemical and physical performance of the lithium-ion battery based on petroleum pitch/polymer composite binder. The electrochemical and physical performances of the petroleum pitch/polymer composite binder based lithium-ion battery were evaluated by using a charge/discharge test, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and universal testing machine (UTM). As a result, the petroleum pitch(MP-50)/polymer(PVDF) composite (5:5 wt % ratio) binder based lithium-ion battery showed 1.29 gf mm-1 of adhesion strength with 144 mAh g-1 of specific dis-charge capacity and 93.1 % of initial coulombic efficiency(ICE) value.

Highly safe lithium-ion batteries (LIBs) are required for large-scale applications such as electrical vehicles and energy storage systems. A highly stable cathode is essential for the development of safe LIBs. LiFePO4 is one of the most stable cathodes because of its stable structure and strong bonding between P and O. However, it has a lower energy density than lithium transition metal oxides. To investigate the high energy density of phosphate materials, vanadium phosphates were investigated. Vanadium enables multiple redox reactions as well as high redox potentials. LiVPO4O has two redox reactions (V5+/V4+/V3+) but low electrochemical activity. In this study, LiVPO4O is doped with fluorine to improve its electrochemical activity and increase its operational redox potential. With increasing fluorine content in LiVPO4O1-xFx, the local vanadium structure changed as the vanadium oxidation state changed. In addition, the operating potential increased with increasing fluorine content. Thus, it was confirmed that fluorine doping leads to a strong inductive effect and high operating voltage, which helps improve the energy density of the cathode materials.

이온교환막은 전기막 공정의 성능을 결정하는 핵심 구성 요소이다. 본 총설에서는 다양한 전기막 공정에 적용되 는 이온교환막의 성능을 탄소계 및 금속계 나노물질을 이용한 개질을 통해 향상시킨 최신 연구 동향을 살펴보았다. 나노물질 들은 다양한 방법을 통해 이온교환막에 도입될 수 있다. 특히 탄소계 나노물질은 화학적 개질을 통해 추가적인 기능기를 도 입함으로써 고분자 사슬과의 상호작용을 강화할 수 있다. 이를 통해 이온교환막의 이온전도도를 개선시킬 수 있을 뿐만 아니 라 적층 구조를 통한 체거름 현상으로 이온 선택 투과성을 향상시킬 수 있다. 한편, 금속계 나노물질은 적층 구조 혹은 다공 성 구조를 갖는 특성을 이용하여 이온교환막 내에서 목적 이온과 배제 이온 간의 수화 반경 차이를 이용한 체거름 특성을 통 해 이온 선택 투과성을 향상시킬 수 있다. 또한, 사용한 바인더의 특성에 따라서는 나노물질-바인더 간의 상호작용을 통해 이 온전도도도 향상시킬 수 있다. 본 총설로부터 탄소계 및 금속계 나노물질을 이용하여 이온교환막의 특성을 효과적으로 조절 할 수 있으며, 따라서 이에 관한 연구가 전기막 공정의 성능을 크게 향상시키기 위해 중요함을 확인할 수 있다.