Energy storage systems should address issues such as power fluctuations and rapid charge-discharge; to meet this requirement, CoFe2O4 (CFO) spinel nanoparticles with a suitable electrical conductivity and various redox states are synthesized and used as electrode materials for supercapacitors. In particular, CFO electrodes combined with carbon nanofibers (CNFs) can provide long-term cycling stability by fabricating binder-free three-dimensional electrodes. In this study, CFO-decorated CNFs are prepared by electrospinning and a low-cost hydrothermal method. The effects of heat treatment, such as the activation of CNFs (ACNFs) and calcination of CFO-decorated CNFs (C-CFO/ACNFs), are investigated. The C-CFO/ACNF electrode exhibits a high specific capacitance of 142.9 F/g at a scan rate of 5 mV/s and superior rate capability of 77.6% capacitance retention at a high scan rate of 500 mV/s. This electrode also achieves the lowest charge transfer resistance of 0.0063 Ω and excellent cycling stability (93.5% retention after 5,000 cycles) because of the improved ion conductivity by pathway formation and structural stability. The results of our work are expected to open a new route for manufacturing hybrid capacitor electrodes containing the C-CFO/ACNF electrode that can be easily prepared with a low-cost and simple process with enhanced electrochemical performance.
Hwang, Min Ji;Lee, Won Jae;Doh, Chil Hoon;Son, Yeong Guk
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.16
no.2
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pp.85-90
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2013
Graphite is a commercial anode material to have the specific capacity of 372 mAh/g and the true density of 2.2 g/ml. Many effort had been pouring to find out the better material than graphite. Good candidates are silicon, tin, etc. Zinc is also a plausible candidate to have the specific capacity of 412 mAh/g and the true density of 7.14 g/ml. In this study, the Zn based anode material including indium and nickel as minor additives was synthesised. In order to get the homogeneouly mixed Zn-In-Ni composite material, the sol-gel method was used. The anode prepared by Zn-In-Ni composite material has the $1^{st}$ specific capacity of 910 mAh/g. Through prolonged charge-discharge cycling, the specific capacities were reduced to 365 (at $31^{st}$ cycle) and 378 mAh/g (at $62^{th}$ cycle). The $1^{st}$ Ah efficiency was 45% and Ah efficiencies were exhibited at the prolonged cycle.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.28
no.4
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pp.11-18
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2021
A novel microwave dielectric composite material for ultra-low temperature co-fired ceramics (ULTCC) with (1-x)BaWO4-xBaV2O6 (x=0.54~0.85) composition was prepared by firing a mixture of BaWO4 and BaV2O6. Shrinkage tests showed that the ceramic composite begins to densify at a temperature as low as 550℃ and can be sintered at 650℃ with 98% of relative density under the influence of BaV2O6. X-ray diffraction analysis showed that BaWO4 and BaV2O6 coexisted and no secondary phase was detected in the sintered bodies, implying good chemical compatibility between the two phases. Near-zero temperature coefficients of the resonant frequency (𝛕f) could be achieved by controlling the relative content of the two phases, due to their positive and negative 𝛕f values, respectively. With increasing BaV2O6 (x from 0.53 to 0.85), the 𝛕f value of the composites increased from -7.54 to 14.49 ppm/℃, εr increased from 10.08 to 11.17 and the quality factor (Q×f value) decreased from 47,661 to 37,131 GHz. The best microwave dielectric properties were obtained for x=0.6 samples with εr=10.4, Q×f=44,090 GHz, and 𝛕f=-2.38 ppm/℃. Chemical compatibility experiments showed the developed composites are compatible with aluminum electrode during co-firing process.
Yuseon Lee;Yunseok Kim;Seulwon Choi;Seongmin Han;Kyoungho Lee
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.4
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pp.79-85
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2023
A novel low-temperature co-fired ceramic (LTCC) dielectric, composed of (1-4x)Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7-3xBi2Zn2/3Nb4/3O7-2xLiZnNbO4 (x=0.03-0.21), was synthesized through reactive liquid phase sintering of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7-xLi2CO3 ceramic at temperatures ranging from 850℃ to 920℃ for 4 hours. During sintering, Li2CO3 reacted with Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7, resulting in the formation of Bi2Zn2/3Nb4/3O7, and LiZnNbO4. The resulting sintered body exhibited a relative sintering density exceeding 96% of the theoretical density. By altering the initial Li2CO3 content (x) and consequently modulating the volume fraction of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7, Bi2Zn2/3Nb4/3O7, and LiZnNbO4 in the final sintered body, a sample with high dielectric constant (εr), low dielectric loss (tan δ), and the temperature coefficient of dielectric constant (TCε) characterized by NP0 specification (TCε ≤ ±30 ppm/℃) was achieved. As the Li2CO3 content increased from x=0.03 mol to x=0.15 mol, the volume fraction of Bi2Zn2/3Nb4/3O7 and LiZnNbO4 in the composite increased, while the volume fraction of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 decreased. Consequently, the dielectric constant (εr) of the composite materials varied from 148.38 to 126.99, the dielectric loss (tan δ) shifted from 5.29×10-4 to 3.31×10-4, and the temperature coefficient of dielectric constant (TCε) transitioned from -340.35 ppm/℃ to 299.67 ppm/℃. A dielectric exhibiting NP0 characteristics was achieved at x=0.09 for Li2CO3, with a dielectric constant (εr) of 143.06, a dielectric loss (tan δ) value of 4.31×10-4, and a temperature coefficient of dielectric constant (TCε) value of -9.98 ppm/℃. Chemical compatibility experiment with Ag electrode revealed that the developed composite material exhibited no reactivity with the Ag electrode during the co-firing process.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.24
no.4
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pp.53-57
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2017
The most representative transparent electrode in the modern society is ITO (Indium Tin Oxide). ITO is widely used in general for touch panels and displays due to its high electrical and optical properties. However, in general, mechanical deformation causes deterioration and destruction of device properties because ITO is basically vulnerable to mechanical deformation. Therefore, the in-depth understanding on the stability of ITO film during various mechanical deformations is necessary. In this study, the reliability and mechanical properties ITO sample having different length, width, and area were investigated. The electrical stability was estimated according to electrical resistance change. The stability was dropped as the sample length, and width increased and the sample area decreased. The electrical stability of ITO film was correlated with twisting strain including tensile, compressive and shear stress.
Song, Wooseok;Myung, Sung;Lee, Sun Sook;Lim, Jongsun;An, Ki-Seok
Composites Research
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v.29
no.4
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pp.151-155
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2016
Graphene has been a valuable candidate for use as electrodes for supercapacitors. In order to improve the surface area of graphene, three-dimensional graphene was synthesized on porous Ni nanostructure using thermal chemical vapor deposition and microwave plasma chemical vapor deposition. The structural and chemical characterization of synthesized graphene was performed by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. It was confirmed that three-dimensional and high-crystalline multilayer graphene onto various substrates was synthesized successfully.
The $Mg_2Ni$ hydrogen storage alloys which have much higher theoretical discharge capacity than $AB_5$ and $AB_2$ type alloys were synthesized by mechanical alloying with some additives and subjected to the electrochemical measurements. Two different processes were employed to the synthesis of $Mg_2Ni$ alloys with using the high energy ball mill SPEX 8000. One was only ball milling, 12 hrs, the Mg and Ni powders for 12 hrs with additives such as $AB_5$, Ni, Co and Cu powders. In the other process the Mg and Ni powders were ball milled for 1 hr first and then heat treated at $300{\sim}400^{\circ}C$ for 1 hr to get $Mg_2Ni$ alloy, and finally the $Mg_2Ni$ alloy powders were ball milled with the additives for 12 hrs. The alloy powders prepared were compacted at room temperature under $7.64tons/cm^2$ into disk type electrodes for the electrochemical measurements. The experimntal results showed that the electrodes prepared with the heat treated alloy powders had a higher discharge capacities than those without heat treatment. The addition of Ni caused an increase of the discharge capacity and the addition of Co improved the cycling characteristics. The electrode prepared by ball milling of $Mg_2Ni$ and 10wt% Ni powders has showed the highest discharge capacity, 546mAh/g.alloy, which was 55% of the theoretical capacity.
Structural battery has been researched extensively to combine the functions of the battery and structure without gravimetric or volumetric increments compared to their individual components. The main idea is to employ carbon fabric as the reinforcement and electrode, glass fabric as the separator, and solid-state electrolyte which can transfer load. However, state-of-the-art solid-state electrolytes do not have sufficient load carrying functionality and exhibiting appropriate ion conductivity simultaneously. Therefore, in this research, a system which has both battery and load carrying capabilities using glass fabric separator and liquid electrolyte was devised and tested to investigate the potential and feasibility of this structural battery system and observe electric properties. It was observed that elongating separator decreased electrical behavior stability. A possible cause of this phenomenon was the elongated glass fabric separator inadequately preventing the penetration of small particles of the cathode material into the anode. This problem was verified additionally by using a commercial separator. The characteristic of the glass fabric and the interface between the electrode and glass fabric needed to be further studied for the realization of such a load carrying structural battery system.
In this study, the experimental study has been performed by varying the polarization of the electric field and impact force to check the piezoelectric characteristics of piezoelectric paint sensor. Piezoelectric paint sensor used in this study is composed of epoxy resin with a hardener and PNN-PZT powder in 1:1 weight ratio. The dimensions of the paint sensor specimen are $40{\times}40{\times}1mm^3$ and regular specimens were made using a mold. The voids are removed from the specimen in the vacuum desiccator. Both upper side and bottom side of the paint sensor were coated with silver paste for making an electrode and then dried at room temperature for a day. The poling treatment has been carried out under controlled conditions of the electric field in order to check the effect of piezoelectric sensitivities, while the poling temperature was fixed at room temperature and the poling time was set to 30 min. The piezoelectric sensitivities have been measured by comparing output voltage from paint sensor with output force from impact hammer when the impact hammer hits the paint sensor. In result, the effect of the electric field has been evaluated for the sensitivity and describe the result.
Triboelectric nanogenerator (TENG) is one of the energy harvesting methods in spotlight that can convert mechanical energy into electricity. As TENGs produce high electrical output, previous studies have shown TENGs that can power small electronics independently. However, recent studies have reported limitations of TENG due to air breakdown and field emission. In this study, we developed a triboelectric nanogenerator that utilizes the metal-to-metal surface contact to induce ion-enhanced field emission and electron avalanche for electrons to flow directly between two electrodes. The average peak open-circuit voltage of this TENG was measured as 340 V, and average peak closed-circuit current was measured as 10 mA. The electrical output of this TENG has shown different value depending on the surface charge of surface charge generation layer. The TENG developed in this study have produced RMS power of 0.9 mW, which is 2.4 times higher compared to conventional TENGs. The TENG developed in this study can be utilized in charging batteries and capacitors to power portable electronics and sensors independently.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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