We developed poly (3,4-ethylene dioxylene thiophene):poly (styrene sulfonic acid) (PEDOT:PSS)-free organic solar cells (OSCs) using buffer and anode combined Ta doped $In_2O_3$ (ITaO) electrodes. To optimize the ITaO electrodes, we investigated the effect of $Ta_2O_5$ doping power on the electrical, optical, and structural properties of the co-sputtered ITaO films. The optimized ITaO film doped with 20 W $Ta_2O_5$ radio frequency power showed sheet resistance of 17.11 Ohm/square, a transmittance of 93.45%, and a work function of 4.9 eV, all of which are comparable to the value of conventional ITO electrodes. The conventional bulk heterojunction OSC with ITaO anode showed a power conversion efficiency (PCE) of 3.348% similar to the OSCs (3.541%) with an ITO anode. In addition, OSCs fabricated on an ITaO electrode successfully operated without an acidic PEDOT:PSS buffer layer and showed a PCE of 2.634%, which was much higher than the comparable no buffer OSC with an ITO anode. Therefore, co-sputtered ITaO electrodes simultaneously acting as a buffer and an anode layer can be considered promising transparent electrodes for cost-efficient and reliable OSCs because they can eliminate the use of an acidic PEDOT:PSS buffer layer.
In this study, we have investigated the effect of the substrate temperature on the structural and the electrical characteristics of IZO thin films for the OLED (organic light emitting diodes) devices. For this purpose, IZO thin films were deposited by RF magnetron sputtering under various substrate temperature. The substrate temperature has been changed from room temperature to $400^{\circ}C$. Samples which were deposited under $250^{\circ}C$ show amorphous structure. The electrical resistivity of crystalline-IZO (c-IZO) film was higher than that of amorphous-IZO (a-IZO) film. And the electrical resistivity showed minimum value near $150^{\circ}C$ of deposition temperature. The OLED device was fabricated with different IZO substrates made by configuration of IZO/$\acute{a}$-NPD/DPVB/$Alq_3$/LiF/Al to elucidate the performance of IZO substrate. OLED devices with the amorphous-IZO (a-IZO) anode film show better current density-voltage-luminance characteristics than that of OLED devices with the commercial crystalline-ITO (c-ITO) anode film. It can be explained that very flat surface roughness and high work function of a-IZO anode film lead to more efficient hole injection by reduction of interface barrier height between anode and organic layers. This suggests that a-IZO film is a promising anode materials substituting conventional c-ITO anode in OLED devices.
전기자동차 및 E-모빌리티 시장이 급속히 성장함에 따라 리튬이온전지는 현재 가장 주목받는 기술 중 하나로 여겨지고 있다. 따라서 높은 용량 및 출력, 급속 충전 성능을 가지는 고에너지밀도 전극 개발이 매우 중요한 상황이다. 고에너지밀도 전극 구현을 위해서 음극의 경우 실리콘, 주석 등 고용량 활물질 소재에 대한 연구가 진행되고 있는 상황이다. 하지만 이러한 고용량 활물질 소재는 전지의 충방전 과정 시 발생하는 부피팽창이 전지의 성능을 저하시키는 주된 원인이 된다고 알려져 있다. 따라서 활물질의 부피팽창을 완화할 수 있는 바인더 소재 개발이 매우 중요한 상황이며, 기존 PVDF, CMC/SBR계 바인더 뿐만 아니라 수용성 고분자(polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, aliginate 등)를 이용한 바인더 소재 개발 연구가 많이 보고되고 있다. 이처럼 앞으로 리튬이온전지의 고성능화를 위해서 바인더는 매우 중요한 기술이 되었으며, 본 논문에서는 리튬이온전지용 음극 바인더 소재의 연구 동향을 살펴보고자 한다.
Minki Jo;Soojin Sim;Juhyeong Kim;Pilgun Oh;Yoonkook Son
Nanomaterials
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제12권12호
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pp.1956-1965
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2022
The electrode concept of graphite and silicon blending has recently been utilized as the anode in the current lithium-ion batteries (LIBs) industry, accompanying trials of improvement of cycling life in the commercial levels of electrode conditions, such as the areal capacity of approximately 3.3 mAh/cm2 and volumetric capacity of approximately 570 mAh/cm3. However, the blending concept has not been widely explored in the academic reports, which focused mainly on how much volume expansion of electrodes could be mitigated. Moreover, the limitations of the blending electrodes have not been studied in detail. Therefore, herein we investigate the graphite blending electrode with micron-sized SiOx anode material which is one of the most broadly used Si anode materials in the industry, to approach the commercial and practical view. Compared to the silicon micron particle blending electrode, the SiOx blending electrode showed superior cycling performance in the full cell test. To elucidate the cause of the relatively less degradation of the SiOx blending electrode as the cycling progressed in full-cell, the electrode level expansion and the solid electrolyte interphase (SEI) thickening were analyzed with various techniques, such as SEM, TEM, XPS, and STEM-EDS. We believe that this work will reveal the electrochemical insight of practical SiOx-graphite electrodes and offer the key factors to reducing the gap between industry and academic demands for the next anode materials.
The properties of SOFC unit cells manufactured using the decalcomania method were investigated. SOFC unit cell manufacturing using the decalcomania method is a very simple process. In order to minimize the ohmic loss of flattened tube type anode supports of solid oxide fuel cells(SOFC), the cells were fabricated by producing an anode function layer, YSZ electrolyte, LSM electrode, etc., on the supports and laminating them. The influence of these materials on the power output characteristics was studied when laminating the components and laminating the anode function layer between the anode and the electrolyte to improve the output characteristics. Regarding the performance of the SOFC unit cell, the output was 246 $mW/cm^2$ at a temperature of $800^{\circ}C$ in the case of not laminating the anode function layer; however, this value was improved by a factor of two to 574 $mW/cm^2$ due to the decrease of the ohmic resistance and polarization resistance of the cell in the case of laminating the anode function layer. The outputs appeared to be as high as 574 and 246 $mW/cm^2$ at a temperature of $800^{\circ}C$ in the case of using decalcomania paper when laminating the electrolyte layer using the in dip-coating method; however, the reason for this is that interfacial adhesion was improved due to the dense structure, which leads to a thin thickness of the electrolyte layer.
To improve the conventional cathode-supported tubular solid oxide fuel cell (SOFC) from the viewpoint of low cell power density, expensive fabrication process and high operation temperature, the anode-supported tubular solid oxide fuel cell was investigated. The anode tube of Ni-8mol% $Y_2$O$_3$-stabilized $ZrO_2$ (8YSZ) was manufactured by extrusion process, and, the electrolyte of 8YSZ and the multi-layered cathode of $LaSrMnO_3$(LSM)ILSM-YSZ composite/$LaSrCoFeO_3$ were coated on the surface of the anode tube by slurry dip coating process, subsequently. Their cell performances were examined under gases of humidified hydrogen with 3% water and air. In the thermal cycle condition of heating and cooling rates with $3.33^{\circ}C$/min, the anode-supported tubular cell showed an excellent resistance as compared with the electrolyte-supported planar cell. The optimum hydrogen flow rate was evaluated and the air preheating increased the cell performance due to the increased gas temperature inside the cell. In long-term stability test, the single cell indicated a stable performance of 300 mA/$\textrm{cm}^2$ at 0.85 V for 255 hr.
We studied a method of manufacturing an anode to restrict contraction in reducing NiO/YSZ by uniformly mixing. In order to mix Ni and YSZ, a sub-micron Ni core surface was coated at high-speed by a mixture of nano-sized YSZ and a spherical core-shell was subsequently formed. The micron-sized core-shell anode powder was then heat treated at $400{\sim}1,450^{\circ}C$ in an air atmosphere and Ni was extruded and synthesized in nano-size. Subsequently, when the nano-sized mixture of the anode was heat treated and maintained at a temperature of $1,450^{\circ}C$, the anode was manufactured, where Ni and YSZ were uniformly distributed with the nano-structure. According to the nano-sized anode powder synthesis process, Ni particles were oxidized at $400{\sim}500^{\circ}C$ and became spherical by surface tension. In the case of the spherical core Ni powder, the heat treatment temperature rose to $1,250^{\circ}C$ and then a gap between the internal and external pressures occurred due to thermal and tensile stresses. A crack subsequently appeared on the surface, and the heat treatment temperature was increased continuously to increase the pressure gap and then the core Ni extruded as a nano-sized powder, Ni and YSZ uniformly distributed. It was found that the anode of 50~200 nm with a consistent structure obtained in this study has electric conductivity that is approximately 3 times larger than that of a commercial anode.
We performed this study to understand the effect of a single-crystalline anode on the mechanical properties of as-deposited films during electrochemical deposition. We used a (111) single- crystalline Cu plate as an anode, and Si substrates with Cr/Au conductive seed layers were prepared for the cathode. Electrodeposition was performed with a standard 3-electrode system in copper sulfate electrolyte. Interestingly, the grain boundaries of the as-deposited Cu thin films using single-crystalline Cu anode were not distinct; this is in contrast to the easily recognizable grain boundaries of the Cu thin films that were formed using a poly-crystalline Cu anode. Tensile testing was performed to obtain the mechanical properties of the Cu thin films. Ultimate tensile strength and elongation to failure of the Cu thin films fabricated using the (111) single-crystalline Cu anode were found to have increased by approximately 52 % and 37 %, respectively, compared with those values of the Cu thin films fabricated using apoly-crystalline Cu anode. We applied ultrasonic irradiation during electrodeposition to disturb the uniform stream; we then observed no single-crystalline anode effect. Consequently, it is presumed that the single-crystalline Cu anode can induce a directional/uniform stream of ions in the electrolyte that can create films with smeared grain boundaries, which boundaries strongly affect the mechanical properties of the electrodeposited Cu films.
Diamond-like carbon(DLC) films were deposited by linear ion source(LIS)-physical vapor deposition method changing the anode voltages from 800 V to 1800 V, and characteristics of the films were investigated using residual stress tester, nano-indentation, micro raman spectroscopy, scratch tester and Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM). The results showed that the residual stress and hardness increased with increasing the ion energy up to anode voltage of 1400 V. It was also found that the content of $SP^3$ carbon increased with increasing the anode voltage $SP^3/SP^2$ ratio through investigation of $SP^3/SP^2$ ratio by the micro-raman analysis. From these results, it can be concluded that the physical properties of DLC films such as residual stress and hardness are increased with increasing the anode voltage. These results can be explained that 3-dimensional cross-links between carbon atoms and Dangling bond are enhanced and the internal compressive stress also increased with increasing the anode voltage. The optimal anode voltage is considered to be around 1400 V in these experimental conditions.
The natural graphite particles A and heat-treated graphite particles B at $1800\;^{\circ}C$ after pitch-coating were used as the anode base materials for lithium ion secondary battery. In order to improve the performance of anode materials, the base anode materials were treated with various acids. With the acid treatments of 62% $HNO_3$ and 95% $H_2SO_4$ aqueous solution, the specific surface area and electrical conductivity of base anode materials were increased, and the initial charge-discharge capacity and cycle performance were improved due to the elimination of structural defects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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