For cuboid and ellipsoid crystallites of LiFePO4 powders, by X-ray diffraction (XRD) and microscopic (TEM) studies, it is possible to determine the anisotropic parameters of the crystallite size distribution functions. These parameters were used to describe the cathode rate capability within the model of averaging the diffusion coefficient D over the length of the crystallite columns along the [010] direction. A LiFePO4 powder was chosen for testing the developed model, consisting of big cuboid and small ellipsoid crystallites (close to them). When analyzing the parts of big and small rate capabilities, the fitting values D = 2.1 and 0.3 nm2/s were obtained for cuboids and ellipsoids, respectively. When analyzing the results of cyclic voltammetry using the Randles-Sevcik equation and the total area of projections of electrode crystallites on their (010) plane, slightly different values were obtained, D = 0.9 ± 0.15 and 0.5 ± 0.15 nm2/s, respectively. We believe that these inconsistencies can be considered quite acceptable, since both methods of determining D have obvious sources of error. However, the developed method has a clearly lower systematic error due to the ability to actually take into account the shape and statistics of crystallites, and it is also useful for improving the accuracy of the Randles-Sevcik equation. It has also been demonstrated that the shape engineering of crystallites, among other tasks, can increase the cathode capacity by 15% by increasing their size correlation coefficients.
Lithium rechargeable cells are used in many industrial applications, because they have high energy density and high power density. For an effective use of these lithium cells, it is essential to build a reliable battery management system (BMS). Therefore, the state of charge (SOC) estimation is one of the most important techniques used in the BMS. An appropriate modeling of the battery characteristics and an accurate algorithm to correct the modeling errors in accordance with the simplified model are required for practical SOC estimation. In order to implement these issues, this approach presents the comparative analysis of the SOC estimation performance using equivalent electrical circuit modeling (EECM) and noise suppression technique (NST) in three representative $LiCoO_2/LiFePO_4/LiNiMnCoO_2$ cells extensively applied in electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) and energy storage system (ESS) applications. Depending on the difference between some EECMs according to the number of RC-ladders and NST, the SOC estimation performances based on the extended Kalman filter (EKF) algorithm are compared. Additionally, in order to increase the accuracy of the EECM of the $LiFePO_4$ cell, a minor loop trajectory for proper OCV parameterization is applied to the SOC estimation for the comparison of the performances among the compared to SOC estimation performance.
In this study, NASICON-type Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 (x = 0.1, 0.3 and 0.4) solid-state electrolytes for all-solid-state batteries were synthesized through the sol-gel method. In addition, the influence on the ion conductivity of solid-state electrolytes when partially substituted for Ti4+ (0.61Å) site to Ga3+ (0.62Å) of trivalent cations was investigated. The obtained precursor was heat treated at 450 ℃, and a single crystalline phase of Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 systems was obtained at a calcination temperature above 650 ℃. Additionally, the calcinated powders were pelletized and sintered at temperatures from 800 ℃ to 1,000 ℃ at 100 ℃ intervals. The synthesized powder and sintered bodies of Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 were characterized using TG-DTA, XRD, XPS and FE-SEM. The ionic conduction properties as solid-state electrolytes were investigated by AC impedance. As a result, Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 was successfully produced in all cases. However, a GaPO4 impurity was formed due to the high sintering temperatures and high Ga content. The crystallinity of Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 increased with the sintering temperature as evidenced by FE-SEM observations, which demonstrated that the edges of the larger cube-shaped grains become sharper with increases in the sintering temperature. In samples with high sintering temperatures at 1,000 ℃ and high Ga content above 0.3, coarsening of grains occurred. This resulted in the formation of many grain boundaries, leading to low sinterability. These two factors, the impurity and grain boundary, have an enormous impact on the properties of Li1+XGaXTi2-X(PO4)3. The Li1.3Ga0.3Ti1.7(PO4)3 pellet sintered at 900 ℃ was denser than those sintered at other conditions, showing the highest total ion conductivity of 7.66 × 10-5 S/cm at room temperature. The total activation energy of Li-ion transport for the Li1.3Ga0.3Ti1.7(PO4)3 solid-state electrolyte was estimated to be as low as 0.36 eV. Although the Li1+XGaXTi2-X(PO4)3 sintered at 1,000 ℃ had a relatively high apparent density, it had less total ionic conductivity due to an increase in the grain-boundary resistance with coarse grains.
Kim, Hee-Seon;Kim, Dae-Weon;Jang, Dae-Hwan;Kim, Boram;Jin, Yun-Ho;Chae, Byung-Man;Lee, Sang-Woo
Resources Recycling
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v.31
no.4
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pp.40-48
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2022
In waste lithium iron phosphate (LFP) batteries, the cathode material contains approximately 4% lithium. Recycling the constituent elements of batteries is important for resource circulation and for mitigating the environmental pollution. Li contained in the waste LFP cathode powder was selectively leached using persulfate-based oxidizing agents, such as sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate. Leaching efficiency and waste LFP powder properties were compared and analyzed. Pulp density was used as a variable during leaching, which was performed for 3 h under each condition. The leaching efficiency was calculated using the inductively coupled plasma (ICP) analysis of the leachate. All types of persulfate-based oxidizing agents used in this study showed a Li leaching efficiency over 92%. In particular, when leaching was performed using (NH4)2S2O8, the highest Li leaching percentage of 93.3% was observed, under the conditions of 50 g/L pulp density and an oxidizing agent concentration of 1.1 molar ratio.
Hyunchul Kang;Youngjin Kim;Taeho Yoon;Junyoung Mun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.320-325
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2023
In Li-ion batteries, a thick electrode is advantageous for lowering the inactive current collector portion and obtaining a high energy density. One of the critical failure mechanisms of thick electrodes is inhomogeneous lithiation and delithiation owing to the axial location of the electrode. In this study, it was confirmed that the top layer of the composite electrode contributes more to the charging step owing to the high ionic transport from the electrolyte. A high-loading multilayered electrode containing LiFePO4 (LFP) and LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) was developed to overcome the inhomogeneous electrochemical reactions in the electrode. The electrode laminated with LFP on the top and NCM811 on the bottom showed superior cyclability compared to the electrode having the reverse stacking order or thoroughly mixed. This improvement is attributed to the structural and interfacial stability of LFP on top of the thick electrode in an electrochemically harsh environment.
Understanding the chemical characteristics of sediments and the nutrient diffusion from sediments to the water body is important in the management of surface water quality. Changes in chemical properties and nutrient concentration of a submerged soil were monitored for 6 months using a microcosm with the thickness of 30cm for upland soil and 15cm of water thickness above the soil. The soil color changed from yellowish red to grey and an oxygenated layer was formed on the soil surface after 5 week flooding. The redox potential and the pH of the pore water in the microcosm decreased during the flooding. The nitrate concentration of the surface water was continuously increased up to $8\;mg\;l^{-1}$ but its phosphate concentration decreased from $2\;mg\;l^{-1}$ to $0.1\;mg\;l^{-1}$ during flooding. However, the concentrations of $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, Fe and Mn in the pore water were increased by the flooding during this period. The increased $NO_3^-$ in the surface water was due to the migration of $NH_4^+$ formed in the soil column and the oxidation to $NO_3^-$ in the surface water. The increased phosphate concentration in the pore water was due to the reductive dissolution of Fe-oxide and Mn-oxide, which scavenged phosphate from the soil solution. The oxygenated layer played a role blocking the migration of phosphate from the pore water to the water body.
Penicillium oxalicum strain CBPS-3F-Tsa, an efficient phosphate solubilizing fungus, was evaluated for its production of organic acid in vitro and effect of inoculation on the growth promotion of Maize under greenhouse conditions. The fungus solubilized 129.1, 118.8, and 54.1 mg P/1 of tricalcium phosphate [$Ca_{3}(PO_{4})_{2}$], aluminum phosphate ($A1PO_{4}$),and ferric phosphate ($FePO_{4}$), respectively, after 72 h of incubation. Malic acid, gluconic acid, and oxalic acid were detected in the flasks supplemented with various phosphate sources [240, 146, 145 mM/1 $A1PO_{4},\;FePO_{4},\;and\;Ca_{3}(PO_{4})_{2}$, respectively] together with a large amount of malic acid followed by the other two. The effects of inoculation of P. oxalicum CBPS-3F-Tsa on maize plants were studied under pot culture conditions. P. oxalicum CBPS-3F-Tsa was inoculated to maize plants alone or together with inorganic phosphates in the form of fused phosphates (FP) and rock phosphates (RP). Inoculation of P. oxalicum CBPS-3F-Tsa increased the plant growth and N and P accumulation in plants, compared with control plants, and also had positive effects when applied with RP. The results of this study show that the fungus P. oxalicum strain CBPS-3F-Tsa could solubilize different insoluble phosphates by producing organic acids, particularly malic acid, and also improved the efficiency of RP applied to maize plants.
The mutant with high productivity, X. malvacearum SNUF 560-6, was acquired from the X. malvacearum SNUF 560 with low productivity by UV-light irradiation. It was preserved is lyophilized stock culture and it was transferred to PDA slant to maintain viability fortnightly. Fermentations were started by retransfering to MY agar slant from PDA stok culture. The experiments for optimal xanthan gum production were studied in a chemically defined medium. Of the carbon and nitrogen sources tested, 0.4% sucrose medium and 10mM glutamic acid medium yielded the highest xanthan gun production respectively. The addition of 10g/l succinic acid stimulated xanthan gum production. Also 65mM $PO_4\;^{-3}\;(12.6g/l\;KH_2PO_4)$ was effective on xanthan gum production. Finally, medium 1 and medium 2 which have high xanthan gum production potencies were achieved in this stud. The components of medium 1 and medium 2 were as follows: Medium 1 : sucrose 40g/l glutamate 10mM $PO_4\;^{-3}\;54mM\;(KH_2PO_4\;12.65g/l)$ Citrate 2g/l $MgSO_4{\cdot}7H_2O\;0.2g/l$$H_3BO_3\;0.005/l$ ZnO 0.006/l $FeCl_2{\cdot}6H_2O\;0.0024g/l$$CaCO_3\;0.02g/l$ Medium 2 : $Sucrose\;40g/l\;(NH_4)_2SO_4\;2g/l$$PO_4\;^{-3}\;65mM\;(KH_2PO_4\;12.65g/l)$ Succinate 10g/l $MgSO_4{\cdot}7H_2O\;0.02g/l$$H_3BO_3\;0.06g/l$ ZnO 0.006g/l $FeCl_2{\cdot}6H_2O\;0.0024g/l$$CaCO_3\;0.02g/l$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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