The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.6
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pp.1339-1348
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2021
There are variety of reasons for renewable energy curtailment, including lack of transmission availability and grid system stability. In the Jeju island region, there are many cases in which the supply of electricity is already increased compared to the demand for electricity due to the increase of solar and wind power generation facilities, and accordingly, the number of curtailments for wind power generation is increasing. This research aims to find the direction of efficient reception of renewable energy and stable operation of the power system using HVDC(High Voltage Direct Current) and BESS(Battery Energy Storage System) facilities that are in charge of power supply in Jeju island. And the paper suggests a practical operation plan for optimal system operation, and the direction of system operation of the land power system due to the expansion of solar and wind power generation facilities in the future.
V2G (Vehicle to Grid) technology for an EV (Electric Vehicle) has been assumed as so promising in a near future for its useful energy resource concept but still yet to be developed around the world for specific service purposes through various R&BD projects. Basically, V2G returns power stored in vehicle at a cheaper or unused time to the grid at more expensive or highly peaked time, and is accordingly supposed to provide such roles like peak shaving or load levelling according to customer load curve, frequency regulation or ancillary reserves, and balancing power fluctuation to grid from the weather-sensitive renewable sources like wind or solar generations. However, it has recently been debated over its prominent usage as diffusing EVs and the required charging/discharging infrastructure, partially for its addition of EV ownership costs with more frequent charging/discharging events and user inconvenience with a relative long-time participation in the previously engaged V2G program. This study suggests that a Korean DR (Demand Response) service integrated V2G system especially based upon a dynamic charge/pause/discharge scheme newly proposed to ISO/IEC 15118 rev. 2 can deal with these concerns with more profitable business model, while fully making up for the additional component (ex. battery) and service costs. It also indicates that the optimum economic, environmental, and grid impacts can be simulated for this V2G-DR service particularly designed for EV aggregators (V2G service providers) by proposing a specific V2G engagement program for the mediated DR service providers and the distributed EV owners.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.56
no.1
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pp.104-114
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2023
Three dimensional (3D) porous structures consisting of Cu@CoO core-shell-type nano-dendrites were synthesized and tested as the anode materials in lithium secondary batteries. For this purpose, first, the 3D porous films comprising Cu@Co core-shell-type nano-dendrites with various thicknesses were fabricated through the electrochemical co-deposition of Cu and Co. Then the Co shells were selectively anodized to form Co hydroxides, which was finally dehydrated to get Cu@CoO nanodendrites. The resulting electrodes exhibited very high reversible specific capacity almost 1.4~2.4 times the theoretical capacity of commercial graphite, and excellent capacity retention (~90%@50th cycle) as compared with those of the existing transition metal oxides. From the analysis of the cumulative irreversible capacity and morphology change during charge/discharge cycling, it proved that the excellent capacity retention was attributed to the unique structural feature of our core-shell structure where only the thin CoO shell participates in the lithium storage. In addition, our electrodes showed a superb rate performance (70.5%@10.8 C-rate), most likely due to the open porous structure of 3D films, large surface area thanks to the dendritic structure, and fast electron transport through Cu core network.
Recently, the use of stable lithium nanostructures as substrates and electrodes for secondary batteries can be a fundamental alternative to the development of next-generation system semiconductor devices. However, lithium structures pose safety concerns by severely limiting battery life due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. Also, enabling long cyclability of high-voltage oxide cathodes is a persistent challenge for all-solid-state batteries, largely because of their poor interfacial stabilities against oxide solid electrolytes. For the development of next-generation system semiconductor devices, solid electrolyte nanostructures, which are used in high-density micro-energy storage devices and avoid the instability of liquid electrolytes, can be promising alternatives for next-generation batteries. Nevertheless, poor lithium ion conductivity and structural defects at room temperature have been pointed out as limitations. In this study, a low-dimensional Graphene Oxide (GO) structure was applied to demonstrate stable operation characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. The low-dimensional structure of GO-based solid electrolytes can provide an important strategy for stable scalable solid-state power system semiconductor applications at room temperature. The device using uncoated bare NCA delivers a low capacity of 89 mA h g-1, while the cell using GO-coated NCA delivers a high capacity of 158 mA h g−1 and a low polarization. A full Li GO-based device was fabricated to demonstrate the practicality of the modified Li structure using the Li-GO heterointerface. This study promises that the lowdimensional structure of Li-GO can be an effective approach for the stabilization of solid-state power system semiconductor architectures.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.3
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pp.459-464
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2023
The mobile house of this article is provided with stand-alone power system that uses photovoltaic energy and enables sensing and environmental monitoring. Excess power generated is stored in lithium batteries, which enable smooth operation of the mobile house even in environment in which solar energy cannot be used. The house has been designed that its systems can be operated continuously by diesel power generation even when photovoltaic energy cannot be generated due to long rainy season or heavy snow. BMS (batter management system) has been constructed for photovoltaic and power management, and monitors the charge/discharge and usage amount of photovoltaic energy. Various sensing data are recorded and transmitted automatically, and the design allows for wireless monitoring by means of computer and smartphone app. The container house proposed in this study enables efficient energy management by performing optimal energy operation in remote areas, parks, event venues, and construction sites where there is no system power source.
Nam-Gi Park;Seok-Ju Lee;Byeong-Soo Go;Minh-Chau Dinh;Jun-Yeop Lee;Minwon Park
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.29
no.3
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pp.67-77
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2024
Increasing energy efficiency in factories is an activity aimed at optimizing resource allocation in manufacturing processes to establish production plans. However, this strategy may not apply effectively when night shifts are unavoidable. Additionally, continuous fluctuations in production requirements pose challenges for its implementation in the factory. Recently, with the rapid proliferation of electric vehicles (EVs), technology utilizing electric vehicle batteries as energy storage systems has gained attention. Technology using these batteries can be an alternative for factory energy management. In this paper, a factory energy management method using EV batteries is proposed. The proposed method is analyzed using PSCAD/EMTDC software, considering the state of charge of EV batteries and Time-of-Use (TOU) rates. The proposed method was compared with production scheduling established considering predicted power usage and TOU rates. As a result, production scheduling saved 4,152 KRW per day, while the proposed method saved 7,286 KRW in electricity costs. Through this paper, the possibility of utilizing EV batteries for factory energy management has been demonstrated.
The $LiMn_2O_4$ cathodes for lithium ion battery were synthesized from various precursors of manganese oxides and manganese hydroxides. As the first step, nanosized precursors such as ${\alpha}-MnO_2$ (nano-sticks), ${\beta}-MnO_2$ (nano-rods), $Mn_3O_4$ (nano-octahedra), amorphous $MnO_2$(nano-spheres), and $Mn(OH)_2$ (nano-plates) were prepared by a hydrothermal or a precipitation method. Spinel $LiMn_2O_4$ with various sizes and shapes were finally synthesized by a solid-state reaction method from the manganese precursors and LiOH. Nano-sized (500 nm) octahedron $LiMn_2O_4$ showed high capacities of 107 mAh $g^{-1}$ and 99 mAh $g^{-1}$ at 1 C- and 50 C-rate, respectively. Three dimensional octahedral crystallites exhibit superior electrochemical characteristics to the other one-dimensional and two-dimensional shaped $LiMn_2O_4$ nanoparticles. After 500 consecutive charge discharge battery cycles at 10 C-rate with the nano-octahedron $LiMn_2O_4$ cathode, the capacity retention of 95% was observed, which is far better than any other morphologies studied in this work.
Disordered carbon and boron-substituted disordered carbons $C_{l-x}B_x(x=0.05,\;0.10,\;0.20)$ were synthesized by Pyrolysis of LPG(liquid Propane gas)and $BCl_3$. Their electrochemical properties as anode materials for Li-ion secondary batteries were then investigated. When PVDF is added to the sample in a weight ratio 5 : 95, the disordered carbon with x=0.00 had the first discharge capacity 374 mAh/g. Its cycling performance was relatively good from the second cycle and it had the discharge capacity 258 mAh/g at the 10th cycle. When PVDF is added to the sample in a weight ratio 5 : 95, the sample with x=0.05 among the samples $C_{l-x}B_x(x=0.05,\;0.10,\;0.20)$ exhibited the largest first discharge capacity 860 mAh/g and discharge capacity 181 mAh/g at the 10th cycle. All the samples had similar cycling performances from the second cycle. The sample $C_{0.90}B_{0.10}$ showed the best electrochemical properties as a anode materials fur Li-ion secondary battery from the view points of the first discharge capacity(853 mAh/g when $10w1.\%$ PVDF is used), cycling performance, discharge capacity(400mAh/g at the 10th cycle when $10wt.\%$ PVDF is used). All the samples showed generally larger charge and discharge capacities when $10wt.\%$ PVDF ratter than $5wt.\%$ PVDF is used. The plateau region in the range of voltage lower than 1.25V becomes larger probably since the structure becomes less disordered by the addition of boron. When boron is added, the charge and discharge capacities decreased suddenly at the second cycle. This may be become only a part of Li are reversibly deintercalated and intercalated and a part of Li which are strongly combined with B are not deintercalated. The increases in charge and discharge capacities are considered to be resulted from the increase in the potential of Li in the boron-added carbons, caused by the strengthening of the chemical bond between the intercalated Li and the boron-carbon host since the boron acts as electron acceptor.
Kim, Kun Woo;Lee, Jae Gil;Park, Hosang;Kim, Jongjung;Ryu, Ji Heon;Kim, Young-Ugk;Oh, Seung M.
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.17
no.1
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pp.49-56
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2014
As an electrolyte additive, the effects of lithium bis(oxalate)borate (LiBOB) on the electrochemical properties of a carbon-coated silicon monoxide (C-coated SiO) negative electrode are investigated. The used electrolyte is 1.3M $LiPF_6$ that is dissolved in ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and diethyl carbonate (DEC) (5:25:70 v/v/v) with or without 0.5 wt. % LiBOB. In the LiBOB-free electrolyte, the film resistance is not so high in the initial period of cycling that lithiation is facilitated to generate the crystalline $Li_{15}Si_4$ phase. Due to repeated volume change that is caused by such a deep charge/discharge, cracks form in the active material to cause a resistance increase, which eventually leads to capacity fading. When LiBOB is added into the electrolyte, however, more resistive surface film is generated by decomposition of LiBOB in the initial period. The crystalline $Li_{15}Si_4$ phase does not form, such that the volume change and crack formation are greatly mitigated. Consequently, the C-coated SiO electrode exhibits a better cycle performance in the later cycles. At an elevated temperature ($45^{\circ}C$), wherein the effect of film resistance is less critical, the alloy ($Li_{15}Si_4$ phase) formation is comparable for the LiBOB-free and added cell to give a similar cycle performance.
Recently, various degradation mechanisms of lithium secondary battery cathode materials have been revealed. As a result, many studies on overcoming the limitation of cathode materials and realizing new electrochemical properties by controlling the degradation mechanism have been reported. Li-rich layered oxide is one of the most promising cathode materials due to its high reversible capacity. However, the utilization of Li-rich layered oxide has been restricted, because it undergoes a unique atomic structure change during the cycle, in turn resulting in unwanted electrochemical degradations. To understand an atomic structure deterioration mechanism and suggest a research direction of Li-rich layered oxide, we deeply evaluated the atomic structure of 0.4Li2MnO3_0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Li-rich layered oxide during electrochemical cycles, by using an atomic-resolution analysis tool. During a charge process, Li-rich materials undergo a cation migration of transition metal ions from transition metal slab to lithium slab due to the structural instability from lithium vacancies. As a result, the partial structural degradation leads to discharge voltage drop, which is the biggest drawback of Li-rich materials.
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