Creating Structure with Pymatgen Package and Application to the First-Principles Calculation

Computational material science as an application of Density Functional Theory (DFT) to the discipline of material science has emerged and applied to the research and development of energy materials and electronic materials such as semiconductor. However, there are a few difficulties, such as generating input files for various types of materials in both the same calculating condition and appropriate parameters, which is essential in comparing results of DFT calculation in the right way. In this tutorial status report, we will introduce how to create crystal structures and to prepare input files automatically for the Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) and Gaussian, the most popular DFT calculation programs. We anticipate this tutorial makes DFT calculation easier for the ones who are not experts on DFT programs.

Prediction of Material’s Formation Energy Using Crystal Graph Convolutional Neural Network

기존의 시행착오를 거쳐 소재를 개발하는 방법은 조금씩 한계를 보이고 있는데, 왜냐하면 산업과 기술이 고도화되고 기능성 소재가 가져야 하는 특성은 복잡해지면서 그 요구치가 높아지고 있기 때문이다. 이를 극복하기 위해 데이터 기반의 인공신경망으로 복잡한 소재 공간을 빠르게 탐색하여 소재 개발을 가속화하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 특히 결정그래프 합성곱 인공신경망은 결정 소재의 구조에 따른 특성을 학습하는 인공신경망으로 소재의 특성(생성 에너지, 밴드갭, 부피 탄성 계수 등)을 양자역학 기반의 제일원리 계산보다 빠르게 예측한다. 본 논문에서는 46,629개의 결정구조 데이터와 그 생성 에너지를 공공데이터베이스에서 불러와 결정그래프 합성곱 인공신경망 모델을 학습시키고 이를 특성 예측에 적용해 보는 예제를 설명한다. 이를 통해 간단한 프로그래밍 지식으로 소재 특성 예측 모델을 재현해 보고 원하는 데이터 셋과 연구 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 인공지능 모델의 개발은 앞으로 더 복잡한 특성을 가져야만 하는 소재의 개발을 위해 넓은 범위의 소재를 탐색해야만 하는 과정을 획기적으로 단축시켜 소재 개발의 가속화를 촉진시킬 것으로 생각된다.

Graphene forming method by graphite intercalation compounds made by salts

본 발명은 흑연 층간 화합물(Graphite Intercalation Compound : GIC)을 제조하고 그것을 이용해 그래핀(graphene)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 (i)두 종류 이상의 알칼리 금속 염 또는 알칼리 토금속 염을 포함하는 염 혼합물과 용매 및 흑연을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (ii)상기 용매에 상기 염 혼합물을 용해시키는 단계; (iii)상기 염 혼합물이 용해되어 생성된 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 상기 흑연의 층간에 삽입하여 상기 흑연의 층 사이 간격을 증가시키고 흑연 층을 분리시켜 흑연 층간 화합물을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 흑연 층간 화합물을 분산시켜 그래핀을 얻는 단계를 포함한다. 본 발명은 값이 싸고 안전한 염을 이용함으로써 낮은 가격으로 쉽게 흑연 층간 화합물을 제조하고, 그것을 통해 그래핀을 얻어냄으로써 그래핀의 제조 가격을 낮출 수 있으며, 쉽게 그래핀을 대량 생산할 수 있다

Graphene forming method by graphite intercalation compounds made by salts

본 발명은 흑연 층간 화합물(Graphite Intercalation Compound : GIC)을 제조하고 그것을 이용해 그래핀(graphene)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 알칼리 금속 염 또는 알칼리 토금속 염으로부터 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 또는 알칼리 토금속 이온을 얻는 단계; (b) 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 또는 알칼리 토금속 이온을 이용하여 흑연 층간 화합물을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 흑연 층간 화합물을 분산시켜 그래핀을 얻는 단계를 포함한다. 본 발명은 값이 싸고 안전한 염을 이용함으로써 낮은 가격으로 쉽게 흑연 층간 화합물을 제조하고, 그것을 통해 그래핀을 얻어냄으로써 그래핀의 제조 가격을 낮출 수 있으며, 쉽게 그래핀을 대량 생산할 수 있다

제일원리를 이용한 리튬이차전지용 다중산 이온계 전극 소재에 관한 연구

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과, 2011.2, [ x, 134 p. ]Electrochemical energy storage devices are attracting tremendous interest due to the recent growing importance of sustainability and environmental concerns. The lithium rechargeable battery is one of the most advanced energy storage systems and serves as a major power source for various small electronic devices. With the growing interest in power sources for large applications such as the HEV (hybrid electric vehicle) or PHEV (plug-in hybrid electric vehicle), lithium rechargeable batteries are finding new opportunities in this emerging area. Intensive research efforts are focused on developing suitable electrode material, the key component of Li rechargeable batteries, for these applications. The electrode material for lithium rechargeable batteries for use in HEVs and PHEVs requires high stability, high power, high energy and low cost. Polyanion based materials such as phosphates, silicates, fluorophosphates/fluorosulfates and borates have been proposed as promising cathodes for Li rechargeable batteries of large scale applications. The variety of combinations between polyanions and transition metals enables intellectual tuning of electrochemical properties of this class of materials. In this thesis, various polyanion electrode materials such as olivine phosphate, lithium metal borates and sodium/lithium vanadium fluorophosphates are investigated with first-principles calculations. The in-depth study of the multi-component effect on the structural and electrochemical properties of olivine cathodes is conducted using state-of-the-art first-principles calculations. The distribution of multiple transition metals in olivine structure alters local crystal structure and electronic structure, affecting its kinetic and thermodynamic properties. We find that local structure change, such as the reduced Jahn-Teller effect of Mn, significantly enhances both Li mobility and electron (polaron) conductivity when the redox Mn element neighbors Fe or Co. The unexpected one-ph...한국과학기술원 : 신소재공학과

Lithium Transition Metal Oxide With High Capacity and Lithium Secondary Battery Having the Same

본 발명은 필수 전이금속으로서 Mn을 포함하며 층상 결정 구조를 가진 리튬 전이금속 산화물로서, Mn의 함량이 기타 전이금속(들)의 함량보다 많고, 리튬 전이금속 산화물 1몰에 대해 Li이 1몰 이상으로 포함되어 있으며, 4.4V 이상의 고전압 범위에서의 최초 충전시에 리튬 탈리와 함께 산소가 방출되는 평탄 준위의 구간 특성을 가지며, 상기 최초 충전 이후 3.5V 이하의 전위 범위에서 구조적 변화에 의한 전기화학적 활성을 나타내는도메인들이 층상 결정 구조에 포함되어 있는 특징을 갖는 고용량 리튬 전이금속 산화물, 및 그것을 포함하고 있는 리튬 이차전지를 제공한다

positive-electrode active material with improved safety and Lithium secondary battery including them

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 양극활물질을 포함하는 이차전지에 대한 것으로, 이에 따라 안전성 및 공정성이 개선된 고용량의 리튬이차전지를 제공하도록 한다. 화학식 1 LiLiaMnxM1-a-x-yM'yO2 상기 식에서, 0003c#a≤0.2이고, x003e#(1-a)/2, 0003c#y003c#0.2(1-a)이며, M은 3주기 및 4주기 원소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 원소, 또는 2 이상의 원소가 동시에 적용된 것이고, M'는 Ti, V, Fe로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 원소, 또는 2 이상의 원소가 동시에 적용된 것이다