Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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1999.10a
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pp.1-2
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1999
시간과 공간의 구애를 받지 않는 양질의 음성, 화상, 문자정보의 교환을 위한 노력으로 디지털 휴대폰과 휴대용 컴퓨터가 등장하면서 음성과 문자정보의 교환분야에 커다란 진보를 이룩하였다. 그러나 현재는 휴대폰이 음성정보에 문자정보교환이 추가된 상황이기 때문에, 아직도 관련 정보교환기술 및 기기개발이 진행되고 있다. 앞으로 휴대폰과 휴대용 컴퓨터의 기능을 통합하고 화상정보까지 결합된 휴대용 정보기기를 위해서는 전자회로의 집적화 및 통신속도 증대가 필수적이다. 또한 이들 휴대용 정보기기를 구동시키기 위한 전력도 증가될 것으로 예측되기 때문에, 현재 전원으로 사용되는 2차전지보다 에너지 밀도가 더욱 증패된 전지가 요구될 것으로 예상된다. 그리고 내연기관의 배기에 의해 발생되는 환정오염문제를 해결하기 위한 방법중의 일환으로 전기자동차 개발이 진행되고 있으며, 이들 전기자동차에 2차전지를 장착하기 위해서 경제성이 있고, 고속충전이 가능하고, 안전성이 높은 고에너지 밀도의 2차 전지 개발이 요구되고 있다. 현재 2차전지는 음극재료나 양극재료에 따라 낚축전지, 니켈/카드륨(Ni/Cd) 전지, 니켈/수소(Ni/MH) 전지, 라륨 2 차전지등이 있으며, 전극재료의 고유특성에 의해 전위와 애너지 밀도가 결정된다. 특히 리튬 2차전지는 리튬의 낮은 산화환원전위와 분자량으로 인해 에너지 밀도가 높기 때문에 앞에서 언급한 휴대용 전자기기의 구동전원으로 많이 사용되고 있다. 리튬 2차전지는 음극 재료가 금속리튬인 경우는 리튬금속으로, 탄소재료인 경우는 리튬이온이라 하며, 한편으로 전해질이 고체 고분자이거나 혹은 역체 유기용매와 리튬염을 고분자와 혼성시킨 겔(gel)인 경우는 고분자로, 전해짙이 리튬염이 전리되어 있는 유동성 액체일 경우는 고분자를 생략하여 구분하고 있다. 즉 리튬금속 2 차전지(LB), 리튬이온 2 차전지(LIB), 리튬금속 고분자 2차전지(LPB), 리튬 이온 고분자 2차전지(LIPB)로 크게 구분된다. 금속리듐을 음극으로 사용하고 전해질로는 리튬염이 전리되어 있는 액체유기용매 를 사용한 리튬금속 2차전지는, 금속리튬전극이 충방전 과정을 반복하면서, 전리된 리튬이 균일하게 산화환원되지 못하고 표변에서 양극방향으로 성장하는 수지상 (dendrite) 현상으로 인해 안전성 확보에 문게가 있었다. 리튬과 알루미늄 합금형태로 음극에 사용한 동전형 전지는 상용화 되었지만, 이러한 단점을 개선하기 위해 리튬이온이 금속으로 석활되는 환원반응전위보다 높은 전위에서 전극재료가 충전되면서 리튬이온이 저장되고, 방전되면서 배출되는 탄소를 음극재료로, 그리고 리튬이온이 충방 전시 가역적으로 삼입 탈리되는 층상의 리튬금속산화물을 양극으로 구성하고, 엑체 전해질과 다공성 고분자 분리막을 사용한 것이 LIB이다. LIB에서 리튬이온의 이동이 가능한 액체전해질의 가능을 고분자 전해질이 대신함으로서 보다 높은 안정성을 확보 한 전지가 LIPB 이다. 또한 고분자 전해질을 사용한 경우 금속리튬상에서의 수지상 성장이 저하되는 현상이 관찰됨으로서, 이론용량이 3,860mAh/g 에 달하는 리튬금속 혹은 합금을 고분자 전지에서 음극으로 사용하고자 하는 2 차전지가 LPB 이다. 리튬 2차전지는 비록 1989년 액체전해질을 사용한 금속리튬 2차전지의 실패전력을 안고있지만 궁극적으로는 이론적으로 최대의 에너지밀도를 가지고 있는 LPB를 지 향할 것으로 예상되지만 가까운 장래에 실현되기는 어려울 것이다. 따라서 향후의 라튬 2차전지의 전개방향은 현재의 LIB를 고분자 전해질을 채용하는 LIPB로 진행시커면서 저가의 전극재료개발을 지속적으로 추진할 것으로 예상된다. 현재 리튬 2차전지는 소형전지에 국한되고 있지만 전기자동차나 전력저장용으로 이를 대형화시커기 위해서는 열적특성이 우수하고 저가인 전극재료개발이 선행되야하기 때문에, 저가의 탄소재료와 코발트산화물을 대신할 수 있는 철, 망칸 또는 니켈산 화물의 개발이 필요하다.
Vanadium pentoxide xerogels with a doping ratio of $Al/V_2O_5$ ranging from 0.01 to 0.05 were synthesized by doping Al into $V_2O_5$ xerogel via the sol-gel process. By using the synthesized $Al_xV_2O_5$, the $Li/Al_xV_2O_5$ cells were assembled to investigate the chemical and electrochemical properties. Surface morphology of the $Al_xV_2O_5$ xerogel showed an anisotropic corrugated sheet-like matrix, and the interlayer distance was about $11.5{\AA}$. The IR spectra of the $Al_xV_2O_5$ revealed that the doped Al was coordinated to the vanadyl group in $V_2O_5$. The $Al_xV_2O_5$ xerogels showed enhanced reversibility and energy density compared with the $V_2O_5$ xerogel. The specific capacity of the $Al_{0.05}V_2O_5$ xerogel was more than 200 mAh/g at 10 mA/g discharge rate, and cycle efficiency was about 90% after the 31st cycling test between 1.9 V and 3.9 V.
The gel polymer electrolyte(GPE) were prepared by in-situ thermal cross-linking reaction of homogeneous precursor solution of perfluorinated phosphate-based cross-linker and liquid electrolyte. Ionic conductivities and electrochemical properties of the prepared gel polymer electrolyte with the various contents of liquid electrolytes and perfluorinated organophosphate-based cross-linker were examined. The stable gel polymer electrolyte was obtained up to 97 wt% of the liquid electrolyte. Ionic conductivity and electrochemical properties of the gel polymer electrolytes with the various chain length of perfluorinated ethylene oxide and different content of liquid electrolytes were examined. The maximum ionic conductivity of liquid electrolyte was measured to be $1.02\;{\times}\;10^{-2}\;S/cm$ at $30^{\circ}C$ using the cross-linker($PFT_nGA$). The electrochemical stability of the gel polymer electrolyte was extended to 4.5 V. The electrochemical performances of test cells composed of the resulting gel polymer electrolyte were also studied to evaluate the applicability on the lithium polymer batteries. The test cell carried a discharge capacity of 136.11mAh/g at 0.1C. The discharge capacity was measured to be 91% at 2C rate. The discharge capacity decreased with increase of discharge rate which was due to the polarization. After 500th charge/discharge cycles, the capacity of battery decreased to be 70% of the initial capacity.
Kim, Yesol;Cho, Seho;Park, Se-Kook;Jeon, Jae-Deok;Lee, Young-Seak
Applied Chemistry for Engineering
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v.25
no.3
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pp.292-299
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2014
In this study, nitrogen doped carbon felt (CFt) is prepared using thermal oxidation and liquid phase ammonia treatment to improve the efficiency for vanadium redox flow batteries (VRFB). The electrochemical properties of prepared CFt electrodes are investigated using cyclic voltammetry (CV) and charge/discharge test. The XPS result shows that the increase of liquid phase ammonia treatment temperature leads to the increased nitrogen functional group on the CFt surface. Redox reaction characteristics using CV reveal that the liquid phase ammonia treated CFt electrodes are more reversible than the thermally oxidized CFt. When CFt is treated by the liquid phase ammonia at $300^{\circ}C$, VRFB cell energy efficiency, voltage efficiency, and current efficiency are increased about 6.93%, 1.0%, and 4.5%, respectively, compared to those of the thermally oxidized CFt. These results are because nitrogen functional groups on CFt help to improve the electrochemical properties of redox reaction between electrode and electrolyte interface.
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.
Components of zinc-air battery and their problems are explained. Energy density of zinc air battery is superior to other commercial ones including Li-ion batteries. Cycle life of the zinc air batteries is poor because of irreversible redox reactions on both electrodes. In order to improve the performance of the zinc air battery, catalysts, passivation, and the new structure of electrodes should be developed to optimize several reactions in an electrode. Multidisciplinary efforts, such as mechanics, corrosion science, composite materials are necessary from the beginning of the research to obtain a meaningful product.
A prescaler is an essential building block for PLL-based frequency synthesizers and must satisfy high-speed and low-power characteristics. The design of D-flip flips used in the prescaler implementation is thus critical. Conventional TSPC D-flip flops suffer from glitches, unbalanced propagation delay, and unnecessary charge/discharge at internal nodes in precharge phase, which results in increased power consumption. In this paper a new dynamic D-flip flop is proposed to overcome these problems. Glitches are minimized using discharge suppression scheme, speed is improved by making balanced propagation delay, and low power consumption is achieved by removing unnecessary discharge. The proposed D-flip flop is employed in designing a 128/129 dual-modulus prescaler using $0.18{\mu}m$ CMOS process parameters. The designed prescaler operates up to 5GHz while conventional one can operate up to 4.5GHz under same conditions. It consumes 0.394mW at 4GHz that is a 34% improved result compared with conventional one.
In order to investigate the effects of particle size and specific surface area(BET area) of spinel powder, $LiMn_2O_4$ were synthesized using metal oxide precursor by co-precipitation method(CoP) and solid state reaction (SSR) .X-ray diffraction(XRD) patterns revealed that the both prepared powder has a well developed spinel structure with Fd3m space group. The $LiMn_2O_4$ prepared by co-precipitation showed spherical morphology with narrow size distribution. However, the $LiMn_2O_4$ prepared by solid state reaction showed relatively smaller particles with irregular shape. The measured BET areas of the powers are $0.8m^2g^{-1}$ (CoP) and $3.6m^2g^{-1}$(SSR). The electrochemical performance of the Prepared $LiMn_2O_4$ powders was evaluated using coin type cells(CR2032) at elevated temperature ($55^{\circ}C$). The $LiMn_2O_4$ prepared by co-precipitation showed the better cycling performance(82.3%capacity retention at $50^{th}$ cycle) than that of the $LiMn_2O_4$(68.3%) prepared by solid state reaction at elevated temperature.
Two needle cokes (NC-A and NC-B) that differ in both the texture and impurity content to each other were graphitized at $2000-3000{\circ}C$, and the average particle size, size distribution and surface area were compared after milling. Their anodic properties in Li secondary batteries were also analyzed. Two materials showed a higher degree of graphitization with an increase in the preparation temperature, however, the NC-B series was less graphitized than NC-A due to the presence of impurities and less ordered mosaic texture. The mein particle size of the milled powder was proportional to the degree of graphitization, but the surface area showed the opposite trend. The highly graphitized materials yielded powders of lower uniformity in the size distribution. The discharge capacity of the resulting carbons steadily decreased in the temperature range of 1000 to $2000^{\circ}C$ due to the depletion of carbonaceous interlayers that contain crystal defects. A later increase in the discharge capacity was observed at $>2000^{\circ}C$, which arises from the formation of graphitic interlayers. The milling process gave rise to a sloping discharge curve at >1.0 V, but this was converted to a plateau at <0.25V after a repeated cycling or additional heat-treatment at $1000^{\circ}C$. The discharge at >1.0V likely comes from the disordered surface structure formed during the milling process. The evolution of a plateau at <0.25 V suggests that this disordered structure transforms to a more ordered graphitic one upon a cell cycling or heat-treatment.
A $Cu_3Si$ film electrode is obtained by Si deposition on a Cu foil using DC magnetron sputtering, which is followed by annealing at $800^{\circ}C$ for 10 h. The Si component in $Cu_3Si$ is inactive for lithiation at ambient temperature. The linear sweep thermammetry (LSTA) and galvano-static charge/discharge cycling, however, consistently illustrate that $Cu_3Si$ becomes active for the conversion-type lithiation reaction at elevated temperatures (> $85^{\circ}C$). The $Cu_3Si$ electrode that is short-circuited with Li metal for one week is converted to a mixture of $Li_{21}Si_5$ and metallic Cu, implying that the Li-Si alloy phase generated at 0.0 V (vs. Li/$Li^+$) at the quasi-equilibrium condition is the most Li-rich $Li_{21}Si_5$. However, the lithiation is not extended to this phase in the constant-current charging (transient or dynamic condition). Upon de-lithiation, the metallic Cu and Si react to be restored back to $Cu_3Si$. The $Cu_3Si$ electrode shows a better cycle performance than an amorphous Si electrode at $120^{\circ}C$, which can be ascribed to the favorable roles provided by the Cu component in $Cu_3Si$. The inactive element (Cu) plays as a buffer against the volume change of Si component, which can minimize the electrode failure by suppressing the detachment of Si from the Cu substrate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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