Lithium metal has garnered attention as a promising anode active material thanks to its high specific capacity, energy density, and the lowest reduction potential. However, the formation of dendrites, dendritic crystals that arise during the charge and discharge process, has posed safety and lifetime stability challenges. To resolve this, our study has introduced a novel separator design. This separator features a composite coating of vapor-grown carbon fiber, a conductive material in nanofibers, and silver. We have meticulously studied the impact of this innovative separator on the electrochemical properties of the lithium metal anode, unveiling promising results. To confirm the synergistic effect of VGCF and Ag, a separator with no surface treatment and a separator with only VGCF coated on one side were prepared and compared with the Ag-VGCF-separator. In the case of the bare separator, the Li metal surface is covered with dendrites during the initial charge and discharge process. In contrast, both the VGCF-separator and the Ag-VGCF-separator show Li precipitation inside the conductive coating layer coated on the separator surface. Additionally, the Ag-VGCF-separator showed a more uniform precipitate shape than the VGCF-separator. As a result, the Ag-VGCF-separators show improved electrochemical properties compared to the bare separators and the VGCF-separators.
Metal-organic frameworks (MOFs) are nanoporous materials that consist of organic and inorganic moieties, with well-defined crystalline lattices and pore structures. With a judicious choice of organic linkers present in the MOFs with different sizes and chemical groups, MOFs exhibit a wide variety of pore sizes and chemical/physical properties. This makes MOFs extremely attractive as novel membrane materials for gas separation applications. However, the synthesis of high-quality MOF thin films and membranes is quite challenging due to difficulties in controlling the heterogeneous nucleation/growth and achieving strong attachment of films on porous supports. Microwave-based synthesis technology has made tremendous progress in the last two decades and has been utilized to overcome some of these challenges associated with MOF membrane fabrication. The advantages of microwaves as opposed to conventional synthesis techniques for MOFs include shorter synthesis times, ability to achieve unique and complex structures and crystal size reductions. Here, we review the recent progress on the synthesis of MOF thin films and membranes with an emphasis on how microwaves have been utilized in the synthesis, improved properties achieved and gas separation performance of these films and membranes.
An, Hyo-Seon;Gang, Seung-Min;Kim, Dong-Won;Lee, Sin-Geun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.196-196
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2011
팔라듐-구리 합금 분리막은 세륨산화물로 전처리된 다공성 니켈 지지체 위에 마그네트론 스퍼터 공정과 구리리플로우 공정에 의해 제조되었다. 스퍼터 공정은 얇고 치밀한 팔라듐 합금 분리막 증착을 위해 아주 효과적이다. 본 연구에서는 고온 스퍼터 공정에 의해 증착된 팔라듐 상부에 유동성과 열적확산이 우수한 구리를 코팅한 후, 반도체 분야에서 기가 패턴 매립시 사용하는 구리리플로우 공정을 도입하였다. 구리리플로우 공정은 치밀하고 미세기공이 존재하지 않는 표면을 구현하고 무한대의 수소 투과도를 가능하게 한다. 이로써 마그네트론 스퍼터에 의해 $200^{\circ}C$에서 팔라듐과 구리를 순차적으로 코팅한 후, $700^{\circ}C$에서 2시간 구리리플로우 공정을 실시하여 $7.5{\mu}m$ 두께의 팔라듐-구리 합금 분리막이 제조되었다. 세륨산화물(CeO2)은 고온에서 장시간 운전하는 동안 다공성 니켈 지지체의 금속성분이 팔라듐 합금층으로 확산하는 금속의 확산 문제를 개선하고자 지지체와 코팅층 사이에 확산방지막으로 도입되었으며, 균일한 스퍼터 증착을 위해 평탄한 표면의 지지체를 구현하였다. 투과도 테스트는 100-400kPa 의 압력차, 673-773K 의 온도 조건에서 순수한 수소가스로 실시하였다. 표면 미세기공이 없는 치밀한 팔라듐-구리 합금 분리막은 혼합가스에서 질소의 투과 없이 수소만을 투과하는 무한대의 우수한 분리도를 나타내었으며, 상용온도 $500^{\circ}C$에서 12.6ml/$cm^2{\cdot}min{\cdot}atm$의 수소 투과 능력을 보였다. 본 연구에 의해 제조된 팔라듐-구리 합금 분리막은 표면 미세기공이 없는 치밀한 분리막 제조를 가능하게 하였으며 열팽창계수가 팔라듐과 매우 비슷한 세륨산화물($CeO_2$)로 인해 지지체층과 코팅층과의 접합력이 향상되고 수소취성에 강하고 높은 열적 안정성을 갖는다.
In this study, the intermediate layer in Pd-based hydrogen separation membrane was synthesized to minimize the surface roughness and defects using powder-type and sol-type metal oxides. The surface properties and gas permeation characteristics were analysed by SEM and $N_2$ gas permeation test. The coating layer composed of sol type metal oxides has smooth surface, especially the layer coated by $TiO_2$ sol has little pin holes, cracks and defects. The binary layer composed of powder type and sol type metal oxides has similar flux characteristics to a single sol type layer. The Pd-based composite membrane improved by the binary intermediate layer exhibited $0.32mol/m^2s$ of the hydrogen permeation flux with a selectivity ($H_2/N_2$) of ~10,890 at 672 K and a pressure difference of 1 bar.
This study is preparation of microporous membranes by using macrocyclic metal ion complexes and extended cage complexes. It is a more favorable way to existing methods because polymer and metal ion-ligand complex system provides a fine control over the phase transition behavior. Chemical functionalization of the polar surface can be obtained. Metal-templated condensation of cyclohexanedione dioxime, hydroxyphenylboronic acid in the presence of metal salts proceeds cleanly in methanol to furnish the metal clathrochelate complexes. Organic/inorganic hybrid membranes were prepared with polyethersulfone (PES), polyvinylpyrrolidone (PVP), ethyleneglycol butyl ether (BE), metal clathrochelate s and DMF by using nonsolvent induced phase inversion method. The structure of membranes was characterized with scanning electron microscopy (SEM) and microflow permporometer. The addition of Fe(II) clathrochelate complex with p-hydroxyphenyl group leads to changes of membrane morphology such as narrow mean pore size distribution, increase of surface pore density and decrease of the largest pore size.
Kim, Ju-Seok;Bae, Sang-Ho;Hwang, Min-Ji;Heo, Min-Yeong;Doh, Chil-Hoon
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.14
no.3
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pp.171-175
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2011
Lithium secondary batteries using lithium metal count electrode are easy to use and to analyze the specific characteristics of working electrode. Nevertheless, during the charge operation internal electrical short circuit could be caused by the dendritic growth of lithium. The cell failure by the short circuit depends on the condition of separator such as constitutive material and thickness. To prevent the cell failure caused by the dendritic growth of lithium, the electrochemical properties of the cell of lithium metal count electrode were evaluated for four different kinds of separator. Among the tested separators, GMF (glass micro-fiber filter, $300{\mu}m$) was the most promising one because it could effectively prevent the cell failure during the charge. The cell using GMF separator had relatively low impedance. Generally the cell using thicker separator than $50{\mu}m$ could effectively avoid the cell failure by internal short circuit and had the good cycleability. The highest rate capability by the signature method was acquired in the case of GMF separator.
Numerous metal-organic frameworks (MOFs) produced by periodic combinations of organic ligands and metal ions or metal-oxo clusters have led the way for the creation of energy-efficient membrane-based separations that may serve as viable replacements for traditional thermal counterparts. Although tremendous progress has been made over the past decade in the synthesis of polycrystalline MOF membranes, only a small number of MOFs have been exploited in the relevant research. Intercrystalline defects, or nonselective diffusion routes in polycrystalline membranes, are likely the reason behind the delay. Postsynthetic modifications (PSMs) are newly emerging strategies for providing polycrystalline MOF membrane diversity by leveraging advanced membranes as a platform and improving their separation capabilities via physical and/or chemical treatments; therefore, neither designing and developing MOFs nor tailoring membrane synthesis techniques for focused MOFs is necessary. In this minireview, seven subclasses of PSM techniques that have recently been adapted to polycrystalline MOF membranes are outlined, along with obstacles and future directions.
Metal-ceramic composite membrane have been developed to separate hydrogen from mixed gases, particularly product streams generated during coal gasification and methane reforming. Cermet membrane was fabricated with palladium as hydrogen-permeable metal and $Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$ (YSZ) as ceramic supporter. As-prepared membrane showed dense structure with continuous channel of palladium. The hydrogen flux of Pd/YSZ membrane have been measured in the range of 0.5~2 atm with 100% hydrogen gas. The results indicate that the hydrogen flux was 0.333 mL/$min{\cdot}cm^2$ at $450^{\circ}C$ and 2 atm. The crack was formed in the surface and cross-section of membrane.
Silica membranes with high permeability were prepared using colloidal and polymeric silica sols on a porous stainless steel-tube support by a DRFF and SRFF method. Silica sols were derived with tetraethylorthosilicate (TEOS) by sol-gel method and analyzed with DLS, FE-SEM, and $N_2$ adsorption. The coating of the intermediate layer with colloidal silica sol on the stainless steel-tube support led to a denser surface morphology of the membrane along with a considerable reduction in the number of surface defect. As the polymeric silica sol enclosed the colloidal silica sol with spherical particles during the SRFF method, the separation-layer-coated silica membrane showed a denser surface than the intermediate layer. Moreover, the silica membranes showed high hydrogen gas permeability of $(6.63-9.21){\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ with low $H_2/N_2$ perm-selectivity (2.9-3.1) at room temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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