Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.36-42
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2019
Europe and North America are paying attention to residential ESS(Energy Storage System) that can manage energy efficiently. The ESS is a system that stores and manages the electric power by charging and discharging the battery. The ESS is generally used in conjunction with photovoltaic systems. The ESS supplies the load of the power generation time and stores the remaining PV power to supply the load at the non-power generation time. However, due to the high price of residential ESS, low electric rates and increasing block rates, there is no market of residential ESS in Korea. This paper reviews the price condition and the capacity for applying PV and residential ESS to household of apartments using HOMER in Korea.
In this study, anthraquinone-2,7-disulfonic acid (2,7-AQDS) is used as negative active material and Tiron is used as positive active material for aqueous redox flow battery (RFB). In previous results that used the 2,7-AQDS and Tiron, sulfuric acid ($H_2SO_4$) was a supporting electrolyte. However, in this study, ammonium chloride ($NH_4Cl$) is suggested as the electrolyte for the first time. By changing the supporting electrolyte from $H_2SO_4$ to $NH_4Cl$, the cell voltage of RFB is improved from 0.76 V to 1.01 V. To investigate the effect of $NH_4Cl$ supporting electrolyte of the performance of RFB, the full-cell tests of RFB using 2,7-AQDS and Tiron that are dissolved in $NH_4Cl$ supporting electrolyte are carried out, while cut-off voltage range is a main parameter to determine their performance. When the cut-off voltage range is 0.2~1.6 V, the hydrogen evolution occurs during charging step. To address the side reaction effect, the cut-off voltage range is changed to 0.2~1.2 V. When the revised cut-off voltage range is used and the current density of $40mA/cm^2$ is applied, hydrogen evolution is not observed and the optimal RFB shows the charge efficiency of 99% and discharge capacity of 3.3 Ah/L at 10cycle.
Porous nanofibers comprising hollow ${\alpha}-Fe_2O_3$ nanospheres were prepared by applying both template method and Kirkendall diffusion effect to electrospinning process. During heat-treatment processes, the solid Fe nano-metals formed by initial heat-treatment in the carbon matrix were converted into the hollow structured ${\alpha}-Fe_2O_3$ nanospheres. In particular, PS nanobeads added in the spinning solution were decomposed and formed numerous channels in the composite, which served as a good pathway for Kirkendall diffusion gas. The resulting porous nanofibers comprising hollow ${\alpha}-Fe_2O_3$ nanospheres were applied as an anode material for lithium-ion batteries. The discharge capacities of the nanofibers for the 30th cycle at a high current density of $1.0A\;g^{-1}$ was $776mA\;h\;g^{-1}$. The good lithium ion storage property was attributed to the synergetic effects of the hollow ${\alpha}-Fe_2O_3$ nanospheres and the interstitial nanovoids between the nanospheres. The synthetic method proposed in this study could be applied to the preparation of porous nanofibers comprising hollow nanospheres with various composition for various applications, including energy storage.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.36
no.1
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pp.200-207
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2019
In this study, flexible supercapacitor based on the all solid state electrolyte with PVA (polyvinyl alcohol)-$H_3PO_4$, ionic liquid as a BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and reduced graphene oxide/conductive polymer composite was fabricated and characterized electrochemical properties with function of its flexibility. In order to measure and compare that electrochemical performances (including cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic charge/discharge,after 0~100th bending test) of prepared flexible supercapacitor based on reduced graphene oxide/conducting polymer composite and all solid state electrolyte, we have conducted press machine with constant pressure ( 0.01/cm2) for $100^{th}$ bending test. As a result, specific capacitance of the flexible supercapacitor was 43.9 F/g which value decreased to 42.0 and 40.1 F/g after 50 and $100^{th}$ bending test, respectively. This result exhibited that decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor effected on physical stress on the electrode after repeated bending test. In addition, we have measured that electrode surface morphology by SEM to prove its decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor after prolonged bending test.
Jin, Dahee;Park, Joonam;Dzakpasu, Cyril Bubu;Yoon, Byeolhee;Ryou, Myung-Hyun;Lee, Yong Min
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.22
no.2
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pp.69-78
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2019
Lithium metal anode with the highest theoretical capacity to replace graphite anodes are being reviewed. However, the dendrite growth during repeated oxidation/reduction reaction on lithium metal surface, which results in poor cycle performance and safety issue has hindered its successful implementation. In our previous work, we solved this problem by using surface modification technique whereby a surface pattern on lithium metal anode is introduced. Although the micro-patterned Lithium metal electrode is beneficial to control Li metal deposition efficiently, it is difficult to control the mossy-like Li granulation at high current density ($>2.0mA\;cm^{-2}$). In this study, we introduce vinylene carbonate (VC) electrolyte additive on micro patterned lithium metal anode to suppress the lithium dendrite growth. Owing to the synergetic effect of micro-patterned lithium metal anode and VC electrolyte additive, lithium dendrite at a high current density is dense. As a result, we confirmed that the cycle performance was further improved about 6 times as compared with the reference electrode.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.789-793
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2021
A lithium secondary battery is the most promising candidate for future energy storage devices. On the other hand, the battery capacity decreases gradually due to the small amount of water and decomposition of the salts during the charging and discharging process, which deteriorates at high temperatures. Many researchers focused on increasing the cycling performance, but there have been few studies on the fundamental problem that removes water and HF molecules. In this study, silane molecules that are capable of absorbing water and HF molecules are introduced to the separator. Firstly, silica-coated amino-silane (APTES, 3-aminopropyltriethoxysilane) was synthesized, then the silica reacted with epoxy-silane, GPTMS ((3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane). A ceramic-coated separator was fabricated using the silane-coated silica, which is coated on porous polyethylene substrates. FT-IR spectroscopy and TEM analysis were performed to examine the chemical composition and the shape of the silane-coated silica. SEM was performed to confirm the ceramic layers. LMO half cells were fabricated to evaluate the cycling performance at 60 ℃. The cells equipped with a GPTMS-silica separator showed stable cycling performance, suggesting that it would be a solution for improving the cycling performance of the Li-ion batteries at high temperatures.
The cathodic active material of $Li/SO_2Cl_2$ battery is $SO_2Cl_2$, which is the solvent of an electrolyte. It is referred to as a catholyte, a compound word of cathode and electrolyte. As the battery discharges, the catholyte burns out. And thus, the characteristics of the $SO_2Cl_2$ in the battery determine the capacity. In addition, the transition minimum voltage (TMV) and the voltage delay deviation of $Li/SO_2Cl_2$ battery are due to the passivation film formed by the reaction between an electrolyte and Li. Impurities in the electrolyte, such as moisture or heavy metal ions, will accelerate the growth of the passivation film. Therefore, a technology must be established to purify an electrolyte and to ensure the effectiveness of the purification method. In this research, $LiAlCl_4/SO_2Cl_2$ was manufactured using $AlCl_3$ and LiCl. Its concentration, the amount of moisture, and the metal amount were evaluated using an ionic conductivity meter, a colorimeter, and FT-IR.
Through the crystal alignment research based on the magnetic properties of LiNixMnyCo1-(x+y)O2 such as magnetic susceptibility and related anisotropy, a crystal aligned LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 electrode is obtained, in which the (00l) plane is frequently oriented perpendicular to the surface of a current collector. The crystal aligned LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 electrode steadily exhibits low electrode polarization properties during the charge/discharge process in a lithium-ion battery, thus affording an improved capacity compared to a pristine LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 electrode. The aligned LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 electrode may have an appropriate structural nature for fast lithium-ion transport due to the oriented (00l) plane, and thus it contributes to enhancing the battery performance. This enhancement is analyzed in terms of various electrochemical theories and experiment results; thus, it is verified to occur because of the considerably fast lithium-ion transport in the aligned LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 electrode.
Hye Jeong Son;Bong Seok Kim;Ji Min Kwon;Yu Bin Kang;Chang Soo Lee
Membrane Journal
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v.33
no.4
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pp.211-221
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2023
This study presents a comprehensive study on the synthesis and characterization of PVI-PGMA/LiTFSI polymeric membrane electrolytes and CxNy-C flexible electrodes for energy storage applications. The dual-functional PVI-PGMA copolymer exhibited excellent ionic conductivity, with the PVI-PGMA73/LiTFSI200 membrane electrolyte achieving the highest conductivity of 1.0 × 10-3 S cm-1. The electrochemical performance of the CxNy-C electrodes was systematically investigated, with C3N2-C demonstrating superior performance, achieving the highest specific capacitance of 958 F g-1 and lowest charge transfer resistance (Rct) due to its highly interconnected hybrid structure comprising nanowires and polyhedrons, along with binary Co/Ni oxides, which provided abundant redox-active sites and facilitated ion diffusion. The presence of a graphitic carbon shell further contributed to the enhanced electrochemical stability during charge-discharge cycles. These results highlight the potential of PVI-PGMA/LiTFSI polymeric membrane electrolytes and CxNy-C electrodes for advanced energy storage devices, such as supercapacitors and lithium-ion batteries, paving the way for further advancements in sustainable and high-performance energy storage technologies.
The carbon-coated silicon monoxide (c-SiOx), which is a negative electrode active material for lithium-ion batteries (LIBs), has a limited cycle performance due to severe volume changes during cycles, despite its high specific capacity. In particular, the significant volume change of the active material can deform the electrode structure and easily damage the electron transfer pathway. To improve performance and mitigate electrode damage caused by volume changes, we replaced parts of the carbon black conducting agent with carbon nanotubes (CNTs) having a linear shape. The content of the entire conductive material in the electrode was fixed at 10% by mass, and the relative content of CNTs ranged from 0% to 25% by mass to prepare electrodes and evaluate electrochemical performance. As the CNT content in the electrode increased, both cycle life and rate capability improved. Even a small amount of CNT can significantly improve the electrochemical performance of a c-SiOx negative electrode with large volume changes. Furthermore, dispersing CNTs effectively can lead to achieving the equivalent performance with a reduced quantity of CNTs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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