1. 본인이 생각하는 회사를 선택하는 기준을 바탕으로 앰코코리아가 왜 그 기준에 적합한지 구체적으로 서술해 주시기 바랍니다.앰코코리아는 반도체 패키징과 테스트 분야에서 세계적인 리더로 자리 잡고 있습니다. 특히, 스마트폰, 자동차, IoT 등 다양한 분야에서 사용되는 반도체의 첨단 패키징 기술은 시장에서 독보적인 위치를 차지하고 있습니다. 이러한 기술은 첨단 산업의 발전에 필수적인 역할을 하며, 앞으로의 성장 가능성이 무궁무진하다고 생각합니다. 앰코코리아가 지속적으로 혁신적인 연구개발에 투자하고 차별화된 기술력을 확보해나가는 모습은 저에게 큰 영감을 주었습니다. 저는 화학과에서 학업을 이어가며 첨단 소재와 반도체 산업의 밀접한 연관성을 이해하게 되었고, 특히 이차전지 소재와 고분자 기술 관련 논문을 분석한 경험을 통해 첨단 소재 기술의 중요성을 체감했습니다. 앰코코리아의 기술력은 전공 지식을 더욱 심화하며 전문성을 높일 수 있는 최적의 환경을 제공할 것이라고 믿습니다. 회사를 선택할 때 저는 안정적이고 지속 가능한 성장을 매우 중요하게 생각합니다. 앰코코리아는 글로벌 기업인 앰코테크놀로지의 한국 법인으로, 견고한 글로벌 네트워크와 재무 구조를 바탕으로 안정적인 경영을 이어오고 있습니다. 특히, 앰코코리아가 주요 고객사와의 탄탄한 파트너십을 통해 꾸준히 시장 점유율을 확대하고 있다는 점은 제가 신뢰를 갖게 된 이유 중 하나입니다. 이와 같은 안정적인 환경은 신입사원이 기술을 배우고 성장하는 데 이상적인 조건입니다. 저는 화학 전공자로서, 안정적인 직무 환경에서 자신의 역량을 발휘하고 장기적으로 전문성을 키워나가고 싶습니다. 앰코코리아의 지속 가능한 경영 방침과 안정성은 제가 이 회사에서 오랫동안 함께 성장할 수 있다는 확신을 주었습니다. 마지막으로, 저는 회사가 직원들에게 제공하는 성장 기회를 중요하게 생각합니다. 앰코코리아는 기술 혁신의 중심에 있는 기업으로, 첨단 패키징 기술과 테스트 기술을 다루는 업무 환경에서 끊임없이 배울 수 있는 기회를 제공합니다. 이는 제가 추구하는 도전과 학습의 가치를 실현할 수 있는 기반이 될 것입니다.2. 해당 직무에 지원한 지원동기 및 다른 지원자보다 해당 직무를 더 잘 수행할 수 있는 이유를 구체적으로 서술해 주시기 바랍니다.제품의 품질이 고객의 신뢰를 얻고 기업의 경쟁력을 강화하는 핵심 요소라고 믿습니다. 특히, 반도체와 같은 첨단 산업에서는 품질 관리가 단순히 제품의 결함을 줄이는 것을 넘어 기술력과 신뢰도를 증명하는 중요한 과정이라고 생각합니다. 저는 화학 전공자로서 물질의 구조와 특성을 탐구하는 과정에서 품질의 중요성을 자연스럽게 깨닫게 되었습니다. 특히, 반도체화학이라는 과목을 수강하며 반도체 공정 전반에 대한 이해를 쌓으면서 품질 관리의 핵심 역할에 관심을 가지게 되었습니다. 이 과목은 반도체의 제조 과정에서 사용되는 다양한 화학적 공정과 그 영향에 대해 깊이 있게 다루었으며, 공정의 작은 변화가 최종 제품의 품질에 얼마나 큰 영향을 미칠 수 있는지를 체감하는 계기가 되었습니다. 예를 들어, 웨이퍼 세정 과정에서 화학 용액의 농도와 시간 조절이 불량률을 결정짓는 사례를 학습하며, 품질 관리가 단순한 검수 단계를 넘어 공정 전반에서 중요한 역할을 한다는 것을 알게 되었습니다. 이를 계기로 품질 관리 직무가 반도체 산업의 지속 가능성과 경쟁력 확보를 위한 필수 요소라는 확신을 가지게 되었고, 이 분야에서 전문성을 키우고 싶다는 목표를 세우게 되었습니다. 이후 저는 품질 관리에 필요한 역량을 갖추기 위해 다양한 실험과 프로젝트에 참여하며 실무적인 능력을 키우고자 노력했습니다. 학부 시절 전공 실험을 통해 다양한 분석 장비를 다루며 데이터의 정확성을 확보하고 결과를 정밀하게 해석하는 경험을 쌓았습니다. 특히, 이차전지 코인 셀 제작 및 평가 실습에서는 복잡한 공정을 체계적으로 관리하며, 미세한 변화가 결과에 미치는 영향을 분석하는 과정을 경험했습니다. 이는 품질 관리 직무에서 요구되는 데이터 분석과 문제 해결 능력을 강화하는 데 큰 도움이 되었습니다. 반도체화학 과목에서의 학습과 품질에 대한 깊은 관심, 이를 바탕으로 쌓아온 실무 역량은 제가 이 직무를 누구보다 잘 수행할 수 있다고 자신합니다.3. 타인과 협동해 성과를 이뤘던 사례를 최대한 구체적으로 서술해 주시기 바랍니다저는 지금까지 항상 팔로워의 역할을 해왔으나, 교내 중앙동아리 ‘인피사’에서 부회장으로 활동하며 처음으로 리더의 역할을 맡게 되었습니다. 코로나19로 인한 비대면 활동으로 동아리의 분위기가 침체되고 부원 간의 소통이 줄어들며 개인주의적인 경향이 커지는 상황을 지켜보고 있을 수 만은 없었습니다. 동아리의 활성화를 위해 다양한 시도를 해야 한다는 책임감을 느끼게 되었고, 이를 해결하기 위해 타 대학과의 연합연주회를 기획하기로 결심하였습니다. 연합 연주회를 준비하면서 여러 난관을 마주하게 되었습니다. 특히 공연을 며칠 앞두고 예정된 장소에서 대여 불가 통보를 받은 일이 가장 큰 문제였습니다. 모든 준비가 완료된 상태에서 장소가 없다는 상황은 매우 당황스러웠습니다. 저는 동아리 임원진들과 빠르게 협력해 대체 장소를 찾아보았고 여러 연주 홀에 긴급히 연락하여 대여 가능한 장소를 확보했습니다. 그러나 장소 변경으로 인해 추가적인 문제들이 발생했습니다. 변경된 장소 대여비로 예산을 재조정해야 했고 일부 공연 일정도 변경해야 하는 상황이었습니다. 저는 예산을 효율적으로 관리하고 각 대학 동아리 임원진과도 협력하며 계획을 조정해 나갔습니다. 결국 연합 연주회를 성공적으로 마칠 수 있었고 동아리 부원들 간의 소통이 다시 활성화되었습니다. 이 과정에서 예기치 않은 상황에 효과적으로 대응하는 방법과 팀원들과의 협력을 통해 공동의 목표를 달성하는 경험을 하게 되었습니다. 특히 리더로서 문제를 냉정하게 분석하고 팀원들과 소통하며 목표를 함께 달성하는 경험은 저에게 큰 자산이 되었습니다. 이러한 경험은 앰코테크놀로지에서도 중요한 자산이 될 것입니다. 변화하는 시장 상황과 다양한 도전 과제 속에서도 차분하게 문제를 해결하고 팀원들과의 긴밀한 소통을 통해 공동의 목표를 달성하는 데 기여할 자신이 있습니다. 앞으로도 이러한 경험을 바탕으로 앰코테크놀로지의 발전에 기여할 수 있도록 노력하겠습니다.4. 본인이 극복했던 문제나 어려움 중 가장 슬기롭게 해결한 것은 어떤 것이며, 해결 상황을 구체적으로 서술해 주시기 바랍니다.아랩 액셀러레이팅 프로그램에서 펀딩을 진행하며 있었던 일입니다. 저희는 메모리얼 목걸이를 제작하여 텀블벅을 통해 크라우드 펀딩을 진행할 계획이었습니다. 그러나 제품의 주요 메시지와 마케팅 방향을 둘러싼 의견 차이가 발생하였습니다. 일부 팀원은 제품의 특장점을 강조해야 한다고 주장했지만, 다른 팀원들은 감성적인 접근을 통해 고객의 공감을 얻어야 한다고 생각했습니다. 이러한 이견은 논의가 길어지면서 갈등으로 번졌고, 프로젝트의 일정에도 차질을 빚게 되었습니다. 각 팀원이 주장하는 방향성에는 모두 타당한 이유가 있었고, 이를 모두 수용할 수 있는 해결책을 찾아야 한다고 판단했습니다. 그래서 저는 마케팅 포지셔닝 워크숍을 진행했습니다. 팀원들이 주장하는 각 전략의 장단점을 명확히 비교할 수 있도록 SWOT 분석을 도입했고, 감성적 접근과 기술적 특장점을 균형 있게 반영해야 한다는 공감대를 형성하게 되었습니다. 합의된 결과를 바탕으로, 감성적인 접근을 기반으로 한 마케팅 메시지를 중심으로 설정하되, 제품 페이지 하단에 기술적 특장점을 추가하는 방안을 도출했습니다. 각 부분을 명확히 구분하여 두가지 의견을 모두 수용할 수 있었습니다. 결론적으로 목표했던 금액을 성공적으로 달성하며 프로젝트를 성공적으로 마무리하였습니다. 특히, 팀원들 간의 협력과 신뢰가 회복되어 이후의 프로젝트 진행이 한결 수월해졌습니다. 이 경험은 제가 문제를 체계적으로 분석하고, 갈등을 해결하며, 팀원들을 효과적으로 조율할 수 있는 역량을 갖추게 된 계기가 되었습니다. 특히, 의견이 엇갈리는 상황에서도 감정을 배제하고 데이터를 기반으로 합리적인 결정을 내리는 것이 얼마나 중요한지를 깨닫게 되었습니다. 앞으로도 저는 이러한 문제 해결 경험을 바탕으로, 협업이 중요한 업무 환경에서 팀원들과 긴밀히 소통하며 발생 가능한 문제들을 슬기롭게 극복해나갈 자신이 있습니다. 이를 통해 조직의 목표를 달성하는 데 기여할 것입니다.
1. 실험일자: 2024. 04. 29 2. 실험제목: 이차전지 양극재 합성-1 3. 실험 결과 (1) 실험 내용 ① Ball mill Ball milling은 시료와 zirconia ball을 넣고 회전시켜 충격과 마찰력으로 시료를 고르고 작게 분쇄하는 과정이다. Ball milling이 끝나면 acetone을 건조시킨 후 furnace에서 heating process를 진행한다. 이번 실험에서는 ball milling 대신 inter-mixer machine을 이용하였는데, 1000 rpm에서 2분간 mixing을 해주었다. 용매로 사용하는 acetone은 1000 rpm 조건에서 폭발의 위험이 있기 때문에 acetone 대신 DI water를 사용하는 것이 안전하다. ② Furnace Furnace는 chamber 내부 온도를 설정한 온도까지 올릴 수 있는 장비이며 고온에서 시료를 가열하거나 열 처리하는데 사용된다. 시료를 crucible 위에 올려 constant temperature zone에 위치시킨 후 열을 가해주면 된다. 이번 실험에서는 tube furnace를 사용하였다. NMC precursor를 O2 condition에서 열처리하여 산화시키기 위해 O2 condition에서 진행하였다. Poly crystal: 700 ℃ 10 h(Ts=4 h, Tm=10 h) Rate = = 2.92 ℃/min (PV=0 ℃로 가정) Single crystal: 900 ℃, 15 h(Ts=6 h, Tm=15 h) Rate = = 2.5 ℃/min (PV=0 ℃로 가정) (PV는 현재온도, SV는 설정온도 Ts는 온도에 도달하는 시간(rate), Tm은 합성시간) Poly crystal은 700 ℃에서 10시간 동안 열 처리를 해주었다. Ts는 4h이므로 rate는 2.92 ℃/min이다. Single crystal는 900 ℃에서 15시간동안 열처리를 진행하였고, Ts는 6시간 이므로 rate는 2.5 ℃/min이다. 이번 실험에서는 NMC precursoMC(LiNixMnyCozO2)는 층상 구조인데, 에너지밀도가 높지만 안정성이 낮다는 단점이 있다. Single crystal은 1차 입자 크기를 3~5 ㎛로 키워서 이 입자를 그대로 사용하는 방식이다. 결정 경계가 없기 때문에 기계적 강도가 높고 결정성이 좋으며 비표면적이 작아 전해질과의 부반응, crack 형성, gas release들을 억제하여 LIB의 종합적인 성능과 thermal stability를 향상시킬 수 있다. Polycrystal은 수많은 입자들로 구성된 2차 입자 형태로 크기는 5~18 ㎛ 이다. 이는 초기의 높은 coulombic efficiency와 fluidity를 가지고 있지만, 충/방전이 반복될수록 1차 입자 간 crack 현상이 발생하고 뭉쳐진 입자들이 갈라져 안정성에 문제가 생긴다. 이러한 미세 균열로 gas release, 낮은 thermal stability의 단점을 가지며 이는 곧 LIB의 성능 저하로 이어진다. Single crystal를 합성할 때는 Li과 NMC precursor의 비를1.10:1 로 해주었고, poly crystal을 합성할 때는 1.02:1로 해주었다. Single crystal일 때 Li을 더 많이 넣어주고 합성했는데, 그 이유는 실험과정 중 고온에서 Li이 공기중으로 날아갈 수 있기 때문에 Li을 과량으로 넣어주어 입자의 성장을 돕기 위해서이다. 합성 온도와 시간 역시 차이가 있었는데, poly crystal은 700℃에서 10 시간동안 heating process를 진행하였고, single crystal의 경우 900℃에서 15 시간동안 가열을 해주었다. (2) 실험시 사용한 시약 질량 계산 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2의 분자량 : (58.69340.8+58.93220.1+54.9380.1+217.1008) g/mol = 92.3578 g/mol NMC precursor 0.5 g의 몰수: = 5.4110-3 mol LiOH H2O의 분자량: 41.965 g/mol - Poly cry5.5210-3 mol 필요한 LiOH H2O의 질량: (5.5210-3 mol)(41.965 g/mol) = 0.2316 g - single crystal Li precursor: NMC = 1.10: 1 LiOH H2O의 몰수: (5.4110-3 mol1.10) = 5.9510-3 mol 필요한 LiOH H2O의 질량: (5.9510-3 mol)41.965 = 0.2497 g 4. 실험 고찰 리튬이온 배터리의 전기에너지는 양극재와 음극재 사이를 이동하는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 만들어진다. 양극에서 나온 리튬이온이 전해질을 통해 음극으로 이동하면 배터리가 충전되고, 음극에 있는 리튬이온이 다시 양극으로 이동하면 외부 회로를 통해 전류를 생성하면서 방전되는 원리이다. 양극재는 배터리의 용량과 전압을 결정하는 중요한 구성요소이다. 여러 양극재들이 존재하지만 크게 층상, 스피넬, 올리빈의 3가지 구조로 나뉘며, 어떤 양극재를 사용하는가에 따라 용량, 작동전압이 달라진다. 현재 국내 배터리 제조사들은 주로 층상계 양극재 중 NCM, NCA 기반 배터리를 생산하는데 그 이유는 에너지 밀도를 극대화할 수 있기 때문이다. 현재 국내 기업의 경우에는 NCM9반반 수준까지 선두를 달리고 있고, 대부분의 기업은 현재 NCM811 수준까지 도달한 상태라고 한다. 니켈 함량이 높아짐에 따라 용량은 개선되고 있지만, 열적 안정성 저하로 인한 위험성이 있어 이를 극복하기 위한 연구가 필요하다고 생각된다. (1) LiOH (순도 98 %), Ni0.6Mn0.2Co0.2(OH)2 (순도 100 %)의 Precursor를 이용하여 mixing하려한다. Li: Ni0.6Mn0.2Co0.2 = 1.05: 1 일 때 LiOH를 5g 넣으려 하면 Ni0.6Mn0.2Co0.2(OH)2은 몇 g 필요할까? LiOH 5 g의 몰수: 0.98=0.2046 mol 필요한 Ni0.6Mn0.2Co0.2의 몰수: =0.1949 mol Ni0.6Mn0.2Co0.2(OH)2의 분자량 :(58.69340.6Co0.2(OH)2의 질량: (0.1949 mol)(92.006 g/mol) = 17.932 g (2) NMCA(Ni Mn Co Al) 양극재에서 각 전이금속의 역할을 설명하시오. NMCA cathode는 NCM cathode에 Al을 doping 하여 안정성을 확보하고 리튬이온 intercalant stability를 향상시킨 물질이다. 또한 니켈 함량이 높고 Co 함량이 낮아 비용절감이 가능하다. - Ni: cathode의 capacity과 에너지 밀도를 증가시킨다. Co 대비 Ni 함량이 많을수록 비용은 절감되나, 충방전 동안 구조적 불안정이 발생하여 배터리 수명이 감소된다. - Mn: LIB의 안정성을 높이고 산화-환원 반응에서의 활성을 조절하여 전지의 수명을 연장하는 데 중요한 역할을 한다. - Co: 율속 성능과 충방전 과정에서 안정성을 향상시킨다. 환경 및 윤리적 문제로 인해 코발트 사용량을 줄이는 연구가 진행되고 있다. -Al: 전지의 구조적 안정성을 향상시켜 전지의 수명을 연장하는 역할을 한다. 출력을 향상시켜 전기적 성능을 최적화하는데 도움이 된다. (3) Poly, Single crystal의 합성공정에서 차이점과 poly, single crystal의 각각의 장단점을 설명하시오. ① Poly, Single crystal의 합성공정에서 차이점 Poly는 여러 결정 고체가 결합하여 형성된다. 일반적으로는 고체 물질을 용융한 후 적절한 모양으로 주조하는 공정이 사용되며, 증착, 화학적 침전 등의 방법을 활용한다. Single crystal은 하나의 큰 결정으로 형성된다. 주로 크리스탈 성장법을 사용하여 만들어지며, 이는 고온에서 용융 물질을 식각하여 단일 결정을 형성하는 공정이다. Polycrystalline은 Li: Ni0.6Mn0.2Co0.2 = 1.02:1로 넣어주었고 single crystal은 Li: Ni0.6Mn0.2Co0.2 = 1.10:1로 넣어주었다. single crystal을 만들 때에는 공기중으로 날아가는 Li를 고려하여 heating process를 진행하였고, single crystal은 900℃에서 15 시간동안 진행하였다. single crystal을 합성할 때 더 높은 온도에서 장시간 가열한다는 차이점이 있다. ② Polycrystalline의 장단점 Polycrystal cathode(Spherical secondary agglomerates)는 수많은 입자들로 구성된 2차 입자 형태로 크기는 5~18 ㎛ 이다. 이는 초기의 높은 coulombic efficiency와 fluidity를 가지고 있지만, 충/방전이 반복될수록 1차 입자 간 crack 현상이 발생하고 뭉쳐진 입자들이 갈라져 안정성에 문제가 생긴다. 이러한 미세 균열로 gas release, 낮은 thermal stability의 단점을 가지며 이는 곧 LIB의 성능 저하로 이어진다. 이러한 단점이 있지만, 비교적 저렴한 가격으로 대량 생산이 가능하고 다양한 모양과 크기로 제작이 가능하다는 장점이 있어 경우에 따라 사용된다. ③ Single crystal의 장단점 Single crystal cathode 같은 경우에는 1차 입자 크기를 3~5 ㎛로 키운 상태이고 이 키운 입자를 그대로 사용하는 방식으로 결정 경계가 없어 기계적 강도와 전기전도성이 높고 비표면적이 작다. 전해질과의 부반응, crack 형성, gas release들을 억제하여 LIB의 종합적인 성능과 thermal stability를 향상시킬 수 있다. Single crystal cathode는 입자크기를 키우기 위해 고온, 장시간으로 합성을 진행하고 Li/Tm 비율을 1.0 이상으로 하여 Li을 과량으로 넣어 입자의 성장을 돕는다. 그러나 높은 생산 비용 및 복잡한 제조 공정이 필요하며, 대량생산이 어렵다는 단점이 있다. 5. 참고 문헌 - Arup Chakraborty et al, Layered Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries: Review of Computational Studies on L
1. 실험 일자2023. 10. 16 (월)2. 실험 제목Graphite oxide & TMG 합성3. 실험 목적탄소 원자 하나의 두께를 갖고 있고 sp2 탄소 네트워크로 구성된 이차원(2D) 물질인 그래 핀(graphene)에 대해 알아본다. 다양한 그래핀 합성법들 중 화학적 박리 방법인 Hummers’ method를 이용해 흑연 (graphite)으로부터 그라파이트 옥사이드(graphite oxide, GO)를 합성한다.4. 실험 이론(1) 그래핀그래핀(graphene)이란 탄소 원자 하나의 두께를 갖고 있고 sp2 탄소 네트워크로 구성된 이차원 물질이다. 그래핀을 원기둥 형태로 말아서 만든 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 축구공모양의 풀러렌(Fullerene, C60), 다층구조의 흑연(Graphite)과 마찬가지로 나노구조의 탄소 동소체의 한 가지로 분류될 수 있다. 2004년 러시아의 물리학자 Andre Konstantin Geim과 Sir Konstantin Sergeevich Novoselov가 연필심에 투명 테이프를 붙여 떼어낸 뒤, 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 테이프로 떼어내는 방식으로 그래핀을 최초로 분리하였다. 2010년 그들은 그래핀을 분리해낸 공로로 노벨 물리학상을 받았다. 이후 그래핀의 뛰어난 전기적 성질이 밝혀지면서 트랜지스터, 투명전극, 에너지 저장 물질, 센서, 고분자 복합체 등 여러 분야에서 그래핀을 기반으로 한 소재들의 응용이 연구되고 있다(2) 그래핀의 특징-그래핀의 7대 특성그래핀은 강철보다 200배 이상 강한 강도 (인장력 ~130 GPa, 강도 ~1.1 TPa), 뛰어난 전기 전도도 (저항 10 ohm/cm, 전자이동도 40.000 cm v-1 s-1), 뛰어난 열 전도성 (5300 W m-1 K-1), 높은 투과도 (97.7 %), 원자 1층의 얇은 두께 (0.33 nm), 넓은 표면적 (2630 m2/g), 초경량 (0.77 mg/m)의 특징을 가지고 있다.-그래핀에서 전자들의 성질이러한 성질 에너지는 서로 비례하는 분산관계를 가지는 선형적인 에너지-모멘텀 분산관계를 보이는데, 그래핀의 전기적, 광학적 특성을 결정하는 중요한 요소들이다. 따라서 그래핀에서의 전자 운동을 표현하기 위해서는 특수 상대론적 운동을 하며 스핀이 1/2인 입자를 기술하는 Dirac equation을 사용해야 하며, 방정식의 해가 디락점 근처에서 선형적 에너지-모멘텀 분산관계를 가지기 이해서는 그 유효질량이 0이어야 하므로 그래핀의 전자는 질량이 없는 디락 입자로 정의된다. 이는 그래핀에서의 높은 전자이동도를 설명해준다.(3) 그래핀 합성법-물리적 박리법물리적 박리법은 여러 층으로 구성된 흑연 결정에서 기계적인 힘으로 한 층을 벗겨내어 그래핀을 만드는 방법이다. 이 방법으로는 연구에 필요한 양질의 그래핀을 얻을 수 있고 상대적으로 필요한 에너지가 낮지만, 넓은 면적으로 만드는 것이 불가능하며 결함 비율이 높고 대량 생산이 불가능하다는 단점이 있다.-화학적 박리법먼저 흑연을 강산과 산화제 등으로 산화시켜 산화 흑연(graphite oxide)을 만든다. 산화 흑연은 강한 친수성이어서 물 분자가 면 사이에 쉽게 끼어들기 때문에 물과 닿으면 잘 침투한다. 이 결과 면 사이 간격이 커져 교반이나 초음파 분쇄기를 장시간 이용하면 쉽게 박리시킬 수 있다. 그래핀의 대량 생산에 가장 유리한 것으로 알려진 방법이지만, 강산을 이용한 흑연의 산화로 인하여 환원 후 산소 작용기의 완벽한 제거가 어려운 단점이 있다. 또한, 화학적 박리법에 의한 그래핀은 많은 결함으로 인하여 물성이 좋지 않다. 효과적인 환원공정을 통하여 물성을 향상시키는 노력이 진행중이다.-화학기상증착법화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)은 뛰어난 결정질을 갖는 단층 내지 수층 정도의 그래핀을 넓은 면적으로 얻는 방법이다. 그래핀을 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태 탄소 전구체를 흡착-분해(또는 반응)하여 탄소 원자를 분해하고 탄소 원자들이 서로 결합하게 하여 물성이 좋지 않으며, 재료가 비싸고 공정이 복잡하다는 단점이 있다.(4) 그래핀 응용분야-투명전극: 투명 전극을 활용한 휘는 디스플레이, 터치패널을 만들 수 있다. 투명전극으로 사용되고 있는 대부분의 소재는 현재 ITO인데, 특히 유연투명전극 소재로 그래핀이 연구되고 있다. 화학기상 증착에 의한 그래핀은 비교적 넓은 면적으로 금속기판 위에 성장이 가능하며, 그 성능이 용액공정 그래핀에 비하여 이상적인 그래핀에 가까운 편이다.-발광소재: 바이오센서와 광 센서, 바이오 이미징 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 그래핀 양자점이 최근 활발하게 연구되고 있다. 그래핀 양자점이란 도체물질인 그래 핀을 반도체 형태로 만들기 위해 크기를 10 nm 이하의 점 형태로 만든 물질을 일컫는다. 이는 입자가 수십 나노미터 이하인 경우 전자가 공간 벽에 의해 갇혀 반도체 특성을 갖는 원리를 이용한 것이다.-에너지소자: 그래핀의 넓은 표면적과 안정적인 결합 구조 등을 이용한 슈퍼 캐패시터 전극재료로 연구되고 있다. 그래핀을 둥글게 만 후, 수직 방향으로 얇게 잘라 필름을 만드는 등 그래핀의 표면적을 같은 공간 안에서 최대한 넓게 사용할 수 있다. 단위 무게당 넓은 표면적을 제공하므로 이차전지의 전극물질로 활발히 연구되고 있다.5. 실험 결과(1) 실험 과정- Hummers’ method 실험① 삼각플라스크에 H2SO4 50 mL 와 magnetic bar를 넣어 교반 시킨다.② Graphite 1 g을 위의 교반 중인 삼각플라스크에 넣어 잘 분산시켜준다.③ 삼각플라스크에 ice bath 세팅하고 KMnO4 3.5 g 넣어준다. (keep stirring)④ 35oC 유지하면서 2 h 동안 교반 시켜준다. (초록색)⑤ Ice bath 세팅하고 3차 증류수를 천천히 넣어준다. (연기 안 날 때까지, keep stirring) (보라색)⑥ H2O2를 천천히 넣어준다. (거품 안 날 때까지)(갈색)⑦ 3차 증류수를 삼각플라스크에 넣어준 후 12 h stirring⑧ 충분히 가라앉힌 후 asGraphite Oxide2KMnO4 + H2SO4 -> K2SO4 + Mn2O7 + H2OH2O2 + KMnO4 -> O2 + MnO2 + KOH + H2O(3) 실험 중 관찰사항GO가 담긴 플라스크를 350 ℃까지 가열했더니 2분 뒤에 펑 하는 소리와 함께 검은색 분말이 생겼다. 혹시나 더 반응을 할 수도 있어서 10분정도 핫플레이트 위에 올려두었는데 더 이상 반응이 일어나지는 않았다. 삼각플라스크를 핫플레이트에서 내리고 충분히 식혀준 뒤 질량을 쟀는데, 70.475페니웨이트로 얻어졌다. 이를 그램으로 환산하여 빈 플라스크의 질량을 빼줬더니 검은색 분말의 질량이 -0.018375g으로 음의 값이 나왔다. 그래서 수득률을 구할 수가 없었다.6. 논의(1) H2SO4, KMnO4, H2O2, HCl 시약을 넣어주는 이유- H2SO4: 강산인 황산에 의해서 흑연이 산화되어 만들어진 산화 흑연은 친수성이 매우 강해 물 분자가 층 사이로 들어오기 쉽다. 이를 통해 흑연으로부터 그래핀 층을 떼어내는 역할을 한다.-KMnO4: Hummer’s method로 그래핀을 얻을 때 산화제 역할을 한다.-H2O2: 환원반응을 일으켜 과량의 KMnO4를 제거한다.-HCl: GO를 합성하는 과정에서 불순물을 제거하는 역할을 한다.(2) 반응 중 시약의 색상 변화에 대한 이유 생각해보기-용액이 초록색이 되는 이유2KMnO4 + H2SO4 -> K2SO4 + Mn2O7 + H2OGraphite와 황산의 혼합물에 KMnO4를 넣어주면 Mn2O7가 생성되는데, Mn2O7결정이 초록색을 띠기 때문이다.-용액이 갈색이 되는 이유H2O2 + KMnO4 -> O2 + MnO2 + KOH + H2O위 반응식에서 생성물인 MnO2가 갈색을 띠는 물질이기 때문이다.(3) Graphite oxide 수득량이 사용한 graphite 양보다 많은 이유화학적 박리법을 통해 그래핀을 얻으면, 흑연의 산화로 인하여 환원 후 산소 작용기의 완벽한 제거가 어려운 단점이 있다. 따라서 산소 작용기들의 질량이 포함되어고찰우리가 직접 한 실험은 Graphite→TMG 방식의 실험, 즉 Thermally modified graphene oxide 실험이었다. 이번 실험에서는 Graphite oxide가 환원 과정을 거쳐서 Thermally modified된 graphene oxide를 합성할 수 있었다. graphene oxide에 환원제나 높은 열을 가해주면 산소 작용기들이 제거되며 sp2 구조가 복원되면서 RG-O(Reduced graphene oxide)를 생성할 수 있다. 이 방식의 장점은 간단하고 비용이 낮으며, 환원 속도가 빠르다는 점이다. 또한 진공상태가 필요 없으며, 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.열처리 중 분말이 플라스크 밖으로 튀어나올 수 있기 때문에 입구를 잘 막아주는 것이 중요하다. 우리 조는 검은 분말의 질량이 음수값이 나와서 수득률을 구할 수가 없었는데, 그 이유는 실험 직후 검은 분말이 담긴 플라스크의 무게를 잴 때, 저울의 단위를 그램이 아닌 페니웨이트 단위로 측정했기 때문인 것 같다. 페니웨이트를 그램으로 환산하였지만, 의미 있는 값을 얻지 못했다.Hummer's method는 화학 박리법을 이용하여 graphene을 합성하는 방법이다. 이 방법에서는 graphite를 황산을 이용하여 산화시킨다. 이후 H2O2, HCl, H2O로 불순물을 제거하고, 최종 용액을 여과 및 건조한다. 이 방법에서는 산화제와 산 용액의 폭발적인 반응으로 인해 많은 열이 발생하게 되는데, 고온은 graphite oxide의 품질을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 ice bath를 사용하거나 인산 용액을 첨가하여 급격한 반응열을 제어해줘야 한다. 또한, 과산화수소가 물보다 반응성이 크므로 과산화수소를 먼저 넣어서 반응을 끝낸 후, 상층액을 분리할 때 물로 washing 해준다.8. 참고문헌- History of Graphene Oxide and Future Direction, Sungjin Park, Inha University, 2013, 1-5p-그래핀 합성 및 응용 1-3p
1. 기업 연혁1963~1993: 창업기, 철강산업의 동반자1963년 1월에 삼화화성주식회사가 설립되었고, 이후 네시아 클린커 포항공장이 준공되었다. 1983년 9월에는 전자동 부정형공장이 준공되고, 1983년 12월에는 기술연구소가 설립되었다. 1987년 3월에 포항로공업 주식회사로 상호변경하였으며, 1993년 4월에 거양로공업 주식회사로 상호변경하였다.1994~2008: 성장기, 기초 소재산업의 경쟁력 확보1994년 12월에는 포철로재 주식회사로 상호변경하였고, 2001년 4월에 주식회사 포스렉으로 다시 상호변경하였다. 2001년 10월에는 코스닥에 상장하였으며, 2003년 7월에는 윤리규범을 선포하고, 2004년 7월에 나누미 봉사단을 창단하였다. 2006년 7월에는 안전보건경영시스템(KOSHA 18001) 인증을 받았고, 2008년 2월에 포항제철소 석회소성설비를 운영하기 시작하였으며, 2008년 11월에 광양제철소 석회소성설비를 운영하기 시작하였다.2009~2020 : 도약기, 미래형 사업구조로의 진화2009년부터 2020년까지는 도약기로, 미래형 사업구조로 진화하였다. 2010년 3월에 주식회사 포스코켐텍으로 상호변경하였고, 2010년 8월에 광양제철소 화성공장설비를 운영하기 시작하였다. 2010년 9월에는 음극재 사업부문을 인수하였으며, 2010년 11월에는 화성 부산물 판매사업을 시작하였다. 이어서 2012년 12월에는 고용 창출 100대 우수기업으로 선정되었다. 2011년 2월에 포항제철소 화성공장설비를 운영하기 시작하였고, 2011년 11월에는 2차전지 음극재 생산공장을 준공하였다. 2011년 11월에는 환경경영시스템(ISO 14001)과 품질경영시스템(ISO 9001) 인증을 받았으며, 2012년 1월에는 인니 생성회사업 자회사를 설립하였다. 2012년 10월에는 안전보건경영시스템(OHSAS 18001) 인증을 받았고, 2013년 2월에는 인니 화성품사업 자회사를 설립하였다. 2013년 4월에는 광양제철소 내 PMC Tech를 착공하였으며,2014년 11월에는 동반성장 성과공유부문에서 산업통산자원부 장관 표창을 받았으며, 2015년 10월에는 침상코크스 최초 상업 생산을 시작하였다. 2016년 7월에는 음극재공장 4호기를 준공하였으며, 2017년 1월에는 한국에너지공단 인증 '대한민국 에너지 챔피언'에 선정되었다. 2017년 6월에는 대한민국 코스닥대상에서 제9회 '최우수테크노기업상'을 수상하였고, 2018년 11월에는 2차전지 음극재 1공장 종합준공과 2공장 착공을 시작하였다.2019~ : 포스코케미칼2019년 3월, 포스코케미칼로 사명을 변경하였다. 2019년 4월, 포스코ESM과의 합병을 통해 그룹 에너지소재사업을 통합하였다. 2019년 5월, 유가증권 코스피로 이전상장하였다. 2019년 7월, 양극재 광양공장 1단계를 준공하였다. 2019년 10월, 음극재 2공장 1단계를 준공하였다. 2020년 4월, 양극재 광양공장 2단계를 준공하였다. 2020년 4월, 장애인스포츠선수단을 창단하였다. 2020년 7월, 피앤오케미칼을 자회사로 설립하였다. 2021년 1월, 1조 2735억원의 유상증자를 실시하였다. 2021년 4월, 창립 50주년을 맞이하였다. 2021년 11월, 국내 배터리사로 최초로 책임광물보고서를 발간하였다. 2021년 12월, GM과 북미 양극재 합작사 설립 계획을 공동 발표하였다. 2021년 12월, 인조흑연 음극재 포항공장을 준공하였다. 2022년 4월, 양극재 포항공장 착공을 시작하였다. 2022년 5월, GM과의 합작사 Ultium CAM이 출범하고, Ultium Cells로부터 8조원 규모의 양극재 수주를 받았다. 2022년 7월, 배터리소재에 대한 2035년 탄소중립 로드맵을 발표하였으며, GM으로부터 13조원 규모의 양극재 수주를 받았다. 2022년 9월, 피앤오케미칼 음극재 피치 공장을 착공하였으며, 2022년 10월에는 과산화수소 공장을 준공하였다. 2022년 11월, 양극재 광양공장을 3·4단계로 종합 준공하였다. 2023년 1월, 삼성 SDI로부터 40조원 규에는 포스코퓨처엠으로 사명을 변경하였다.2. 매출 실적-손익계산서(단위:억 원)구분2018년2019년2020년2021년2022년매출액13,83614,83815,66219,89533,019매출원가12,17613,17214,21817,51429,672매출총이익1,7701,6651,4442,3813,348판매비와 관리비5977678411,1641,689영업이익1,0638996031,2171,659기타이익1118283348기타손실36111812834금융수익55792685051,214금융원가36674503421,754법인세비용차감전순이익1,7661,1303471,4601,339법인세비용*************0당기순이익1,3281,0122971,3381,219주요제품 매출액 현항(단위: 백만원)사업부문품목구체적용도2023년 반기2022년2021년매출액비율매출액비율매출액비율기초소재사업내화물사업내화물 제조 및 산업용노재 정비내화물 제조 및 산업용노재 정비290,01412.4551,65716.7462,51823.3라임화성사업생석회, 화성품 가공 및 판매, 화성공장 위탁 운영생석회, 화성품 가공 및 판매, 화성공장 위탁 운영415,81017.9811,98824.6675,25833.9에너지소재사업양극재, 음극재배터리 소재1,622,43669.71,938,27158.7851,76642.8합계--2,328,260100.03,301,916100.01,989,542100.03. 생산품이차전지(Secondary Battery)란 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로, 양극재(Anode)와 음극재(Cathode)로 이루어져 있다. 재사용이 가능하여 친환경 모빌리티, 전기차(EV), 다양한 생활가전과 IT디바이스의 에너지원으로 쓰인다. 이차전지의 4대 요소는 양극재, 음극재, 전해질 용액, 분리막인데, 포스코퓨처엠은 그 중에서도 핵심소재인 음극재와 양극재를 생산해 글로벌 시장에 공급하고 있다. 포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 양•음극재를 동시생산하며, 높은 연구역량을 기반으로 하여 양산능력을소재 R&D를 통해 성장해 나가고 있다.-양극재제품군특성주요 사용처양극재NCM-6x-하이니켈 양극재(니켈 약 60%, 코발트, 망간 조성)-고용량, 높은 안정성, 충방전시 가스 발생 최소화전기차(EV)NCM-8x하이니켈 양극재(니켈 80%, 코발트, 망간 조성)-고용량, 높은 열안정성, 낮은 저항성전기차(EV)IT 디바이스(휴대폰, 태블릿, 노트북 등)전동기계(PT)NCMA-하이니켈 양극재(니켈 약 80%, 코발트, 망간 조성 / 알루미늄 첨가)-고용량, 낮은 저항성, NCM-8X대비 높은 열 안정성전기차(EV)전동기계(PT)-음극재제품군특성주요 사용처움극재천연흑연 음극재- 천연흑연을 원료로 제조- 높은 전도율, 고출력, 장수명전기차(EV), IT디바이스(휴대폰, 태블릿, 노트북 등), 전동기계(PT), 에너지저장시스템(ESS)인조흑연 음극재- 코크스를 원료로 제조- 입자 형상 제어 및 표면처리를 통한 고출력, 장수명전기차(EV)실리콘 음극재- 실리콘을 원료로 제조- 에너지 밀도 증대- 사업화 추진 중전기차(EV)리튬메탈 음극재- 리튬금속을 원료로 제조- 에너지 밀도 증대전기차(EV)전고체 배터리4. 기업의 기술배터리 성능의 핵심이 되는 양극재와 음극재를 만드는 기술을 보유하고 있다. 배터리의 용량과 주행거리를 결정짓는 양극재에서 니켈 비중을 크게 올려 에너지 밀도를 극대화하고 안정성과 수명을 함께 높인 NCM 양극재를 생산하고 있다. 다양한 성능의 양극재로 제품군을 확장시키고, 전고체 배터리용 양극재, 코발트프리 양극재와 같이 양극재 소재 개발에도 박차를 가하고 있다. 또, 국산화에 성공한 천연 흑연 음극재를 비롯한 독자적인 소재 기술을 적용해서 전기차에 반드시 필요한 충전 성능과 안정성을 개선한 저팽창 음극재와 인조흑연 음극재를 개발하고 있으며, 실리콘 리튬메탈과 같은 차세대 소재의 연구개발을 통해 전기자동차의 미래를 준비하고 있다. 포스코퓨처엠은 차세대 기술 선행 연구, 고객맞춤 기술개발 및 제품상용화, 우수 연구인력 확보 등을 통해 차세대 기술개발을 위 원료 확보를 통한 차별화된 경쟁력으로 지속적이고 안정적으로 제품을 생산한다. 국내에 대규모 생산체제를 구축해 전기차 시장에 안정적으로 제품을 공급하고, 적극적인 해외투자와 파트너십을 통해, 원료자체생산 및 제품 양산을 위한 글로벌 거점을 구축해 나가고 있다.-양극재->하이니켈 양극재양극재는 리튬이온배터리에서 리튬 source 역할을 하는 에너지원으로 배터리의 (+)극, 즉 양극을 이루는 소재이다. 양극재는 용량과 평균 전압을 결정한다. 포스코퓨처엠은 하이니켈 NCM(니켈, 코발트, 망간) 양극재를 생산하고 있으며 이는 전기차에 주로 사용된다. 또한 이 양극재에 알루미늄을 추가하여 열안정성을 높인 NCMA 양극재 기술을 보유하고 있다. 전기차 시장의 성장과 함께 글로벌 양산능력을 점점 확대하고 있으며, 포스코 퓨처엠은2030년까지 양극재의 생산능력을 세계적 상위 수준인 연 100만톤으로 확대할 계획이다.-음극재->천연흑연 음극재음극재는 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 하며 리튬이온을 저장했다가 방출하는 원리로 작용한다. 음극재는 이차전지의 수명과 충전속도를 결정한다. 포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재와 저팽창 음극재를 개발하여 공급하고 있으며, 리튬메탈, 인조흑연, 실리콘계 등의 차세대 소재를 개발함으로써 사업 다각화를 추진하고 있다. 포스코퓨처엠이 생산하는 음극재는 충전과 방전을 반복하여도 안정적인 구조를 유지할 수 있는 우수한 성능을 발휘한다. 이러한 기술력을 바탕으로 2030년까지 연 37만톤의 생산능력을 확보하여 글로벌 시장을 선도해 나가는 것이 목표이다.-전구체전구체는 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 등의 다양한 금속으로 구성되는 양극재의 전물질로, 리튬과 결합하면 양극재가 된다. 전구체는 이차전지의 특성을 결정하기 때문에 중요한 요소이다. 따라서 포스코퓨처엠은 최상의 조합을 위한 구성을 연구하며, 원료별 비중에 따라서 가격과 특성이 다양해지므로 이를 고려하여 전구체 개발에 힘쓰고 있다. 또한 전구체 내재화율을 점차다.
2. 실험 제목: X선 회절을 통한 이차전지 양극재 결정 구조 분석3. 관련 이론(1) X-ray powder diffraction (XRD)X-ray diffraction (XRD)은 결정 구조의 분석에 중요한 도구로 사용된다. Crystalline한 물질에 X-ray를 쐬어 회절 된 빛의 패턴과 강도를 분석하여 해당 물질의 세부 구조를 이해할 수 있다. 이를 통해 각 unit cell의 원자 배열, 원자의 위치, 원자 간격, 각도를 특성화하고 조사할 수 있다. 또한 결정 내의 전자밀도, 화학결합, 그리고 disordering 되는 부분까지 측정할 수 있다.X-ray가 crystalline 물질에 충돌하면 산란된 빛이 형성되며, 결정이 회전하면서 회절 패턴이 측정된다. 결정상이 다르면 회절 패턴도 다르므로, 미지의 샘플과 비교하여 물질의 상을 식별할 수 있다. 비 파괴적이므로 분석에 사용한 시료를 다시 사용할 수 있다는 장점이 있다.